TS 33R
Convient pour
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Le brasage à la vague est un procédé de brasage utilisé dans la fabrication électronique pour connecter des composants électroniques à une carte électronique. Ce procédé est généralement utilisé pour les composants à trous traversants, mais il peut également servir à braser certains composants CMS qui sont collés avec une colle pour les composants CMS sur la face inférieure de la carte électronique avant d'être soumis au process de brasage à la vague. Le process de brasage à la vague comprend trois étapes principales : Le flux, le préchauffage et le brasage. Un convoyeur transporte les cartes électroniques dans la machine. Les cartes électroniques peuvent être montés dans un cadre de brasage afin d'éviter d'ajuster la largeur du convoyeur pour chaque cartes électroniques. Le fluxage est généralement effectué au moyen d'un fluxeur à pulvérisation (fluxeur spray), mais le fluxage par mousse et le fluxage par jet sont également possibles. Le flux liquide est appliqué à partir de la face inférieure de la carte électronique. L'objectif du flux est de désoxyder les surfaces brasables de la carte électronique et des composants et de permettre à l'alliage de brasage liquide d'établir une connexion intermétallique avec ces surfaces, ce qui donne lieu à un joint de brasage. Le préchauffage a trois fonctions principales. Le solvant du flux doit être évaporé car il perd sa fonction une fois qu'il a été appliqué et il peut entraîner des défauts de brasage tels que les ponts et la formation de microbilles lorsqu'il entre en contact avec la vague et l'alliage à l'état liquide. Les flux à base d'eau ont généralement besoin d'un préchauffage plus important pour s'évaporer que les flux à base d'alcool. La deuxième fonction du préchauffage est de limiter le choc thermique lorsque la carte électronique entre en contact avec l'alliage à l'état liquide. Cela peut être important pour certains composants CMS et matériaux de cartes électroniques. La troisième fonction du préchauffage est de favoriser le mouillage de l'alliage à travers les trous traversants métallisés. En raison de la différence de température entre le la carte électronique et l'alliage à l'état liquide, ce dernier est refroidi lorsqu'il traverse le trou traversant. Les cartes et les composants thermiquement lourds peuvent absorber tellement de chaleur de l'alliage à l'état liquide qu'il est refroidi jusqu'au point de solidification où il se solidifie avant d'atteindre le sommet du trou traversant. C'est un problème typique lors de l'utilisation d'alliages sans plomb Sn(Ag)Cu. Un bon préchauffage limite la différence de température entre la carte électronique et l'alliage à l'état liquide et réduit donc le refroidissement de l'alliage à l'état liquide lorsqu'elle monte dans le trou traversant. L'alliage à l'état liquide a ainsi plus de chances d'atteindre le haut du trou traversant. Dans un troisième temps, la carte électronique passe sur une vague de brasage. Un bain rempli d'un alliage est chauffé à la température préconisée pour cette alliage. Cette température dépend de l'alliage utilisé. L'alliage à l'état liquide est pompé à travers des canaux jusqu'à une formeuse de vague. Il existe plusieurs types de formeuses de vague (buses). La configuration traditionnelle consiste en une vague CMS combinée à une vague principale laminaire. La buse CMS projette l'alliage dans la direction du mouvement de carte électronique et permet de braser la pastille arrière des composants CMS qui est une zone d'ombre créée par le corps de composant qui ne sera pas brasée par la vague laminaire. La vague principale laminaire s'écoule vers l'avant, mais la plaque arrière réglable est positionnée de telle sorte que la carte pousse la vague vers l'arrière (drainage). Cela permet d'éviter que la carte électronique se salisse avec les oxydes de surface de la vague laminaire. Une forme de vague qui gagne en popularité est la vague Wörthmann qui combine la fonction de la vague CMS et de la vague principale laminaire en une seule vague. Cette vague est plus sensible au bon réglage et aux ponts. Étant donné que les alliages de brasage sans plomb nécessitent des températures de travail élevées et ont tendance à s'oxyder fortement, de nombreux process de brasage à la vague sont réalisés dans une atmosphère d'azote. Une nouvelle tendance du marché, considérée par certains comme l'avenir du brasage, est l'utilisation d'un alliage à bas point de fusion, tel que le LMPA-Q. Le LMPA-Q nécessite moins de température et réduit l'oxydation. Il présente également des avantages en termes de coûts, tels que la réduction de la consommation d'électricité, la réduction de l'usure des pièces mécaniques de la vague et l'absence de besoin d'azote. Il réduit également l'impact thermique sur les composants électroniques et les matériaux des circuits imprimés.
Principaux avantages
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La chimie de brasage absolument sans halogène ne contient aucun halogène ni halogénure ajouté intentionnellement. La classification IPC autorise jusqu'à 500 ppm d'halogènes pour la classification "L0", la plus basse. Les flux de brasage, les crèmes à braser et les fils à braser de cette classe sont souvent appelés "sans halogène". La chimie de brasage absolument sans halogène va plus loin et ne contient pas ce niveau "autorisé" d'halogènes. Spécifiquement en combinaison avec des alliages de brasage sans plomb et sur des applications électroniques sensibles, ces faibles niveaux d'halogènes ont été signalés comme pouvant causer des problèmes de fiabilité comme par exemple des courants de fuite trop élevés. Les halogènes sont des éléments du tableau périodique comme Cl, Br, F et I. Ils ont la propriété physique de réagir. Ceci est très intéressant du point de vue de la chimie du brasage car elle est destinée à nettoyer les oxydes des surfaces à braser. Et en effet, les halogènes remplissent très bien cette fonction, même les surfaces difficiles à nettoyer comme le laiton, le Zn, le Ni,...ou les surfaces fortement oxydées ou dégradées I-Sn et cuivre passivé "OSP" (Organic Surface Protection) peuvent être brasées à l'aide de flux halogénés. Les halogènes offrent une grande fenêtre de process en matière de brasabilité. Le problème est toutefois que les résidus et les produits de réaction des flux halogénés peuvent être problématiques pour les cartes électroniques. Ils ont généralement une hygroscopicité et une solubilité dans l'eau élevés et présentent un risque accru d'électro-migration et de courants de fuite élevés. Cela signifie un risque élevé de dysfonctionnement de la carte électronique. En ce qui concerne spécifiquement les alliages de brasage sans plomb, de plus en plus de rapports indiquent que même les plus faibles pourcentages d'halogènes peuvent être problématiques pour les applications électroniques sensibles. Les applications électroniques sensibles sont typiquement des cartes électroniques à haute résistance, des cartes électroniques de mesure, des cartes électroniques à haute fréquence, des capteurs,...C'est pourquoi la tendance est de s'éloigner des halogènes dans la chimie de brasage dans la fabrication électronique. En général, lorsque la brasabilité des surfaces à braser du composant et du PCB (Printed Circuit Board) est normale, il n'y a pas besoin de ces halogènes. Des produits de brasage absolument sans halogène, conçus intelligemment, fourniront une fenêtre de process suffisamment large pour nettoyer les surfaces et obtenir un bon résultat de brasage et ceci en combinaison avec des résidus de haute fiabilité.
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RoHS est l'abréviation de Restriction of Hazard Substances (restriction des substances dangereuses). Il s'agit d'une directive européenne : Directive 2002/95/EC. Elle restreint l'utilisation de certaines substances considérées comme des substances extrêmement préoccupantes (SHVC) dans les équipements électriques et électroniques pour le territoire de l'Union européenne. Vous trouverez ci-dessous une liste de ces substances : Veuillez noter que ces informations sont susceptibles d'être modifiées. Consultez toujours le site Internet de l'Union européenne pour obtenir les informations les plus récentes : https://ec.europa.eu/environment/topics/waste-and-recycling/rohs-directive_nl https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX:32011L0065 1. Cadmium et composés de cadmium 2. Plomb et composés du plomb 3. Mercure et composés du mercure (Hg) 4. Composés du chrome hexavalent(Cr) 5. Biphényles polychlorés (PCB) 6. Naphtalènes polychlorés (PCN) 7. Paraffines chlorées (PC) 8. Autres composés organiques chlorés 9. Biphényles polybromés (PBB) 10. Diphényléthers polybromés (PBDE) 11. Autres composés organiques bromés 12. Composés organiques de l'étain (composés du tributyl étain, composés du triphényl étain) 13. Amiante 14. Composés azoïques 15. Formaldéhyde 16. Chlorure de polyvinyle (PVC) et mélanges de PVC 17. Ester diphénylique décabromé (à partir du 1/7/08) 18. PFOS : Directive européenne 76/769/CEE (non autorisé dans une concentration égale ou supérieure à 0,0005% en masse) 19. Phtalate de bis(2-éthylhexyle) (DEHP) 20. Phtalate de butyle et de benzyle (BBP) 21. Phtalate de dibutyle (DBP) 22. Phtalate de diisobutyle 23. Déca diphényl ester bromé (dans les équipements électriques et électroniques) D'autres pays en dehors de l'Union européenne ont introduit leur propre législation RoHS, qui est dans une large mesure très similaire à la RoHS européenne.
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Les microbilles sont de petites billes d'alliage qui restent sur le vernis épargne du circuit imprimé après le brasage à la vague, le brasage sélectif ou le brasage par refusion. Elles sont indésirables mais souvent présentes. Elles sont généralement causées par plusieurs paramètres. Dans le cas du brasage à la vague, le paramètre le plus important est le vernis épargne. La tendance d'un vernis épargne à générer des microbilles dépend de la structure de sa surface, qui est une propriété du vernis épargne lui-même. En outre, il convient de respecter les paramètres de polymérisation du vernis épargne dans la fabrication des circuits imprimés. Une mauvaise polymérisation peut entraîner une augmentation du nombre de microbilles. Le deuxième paramètre est le flux. Certains flux ont plus tendance à provoquer des microbilles que d'autres. En général, les flux à haute teneur en matières solides et les flux de la classification "RO" génèrent moins de microbilles. Les flux à base d'eau génèrent en général plus de microbilles que les flux à base d'alcool, mais il existe des versions spéciales de flux à base d'eau qui produisent moins de microbilles que les flux à base d'alcool, comme le PacIFic 2009MLF et le PacIF 2009MLF-E. Au cours du process, il est important de régler correctement la dépose du flux en combinaison avec le bon réglage du préchauffage pour minimiser la formation de microbilles. Une trop grande quantité de flux, ou un flux qui a migré entre le cadre de brasage et le circuit imprimé, peut être difficile à sécher pendant le préchauffage et peut générer des microbilles lors du contact avec la vague. Des réglages de préchauffage trop bas peuvent également poser problème, en particulier avec les flux à base d'eau. Un préchauffage par convection d'air chaud peut aider à évaporer les solvants des flux. Un autre paramètre est la vague de brasage. Les vagues turbulentes génèrent plus de microbilles. Les turbulences peuvent être causées par le type de buse de la vague elle-même (comme par exemple une buse à vague CMS ou une buse à vague Wörthmann) ou par de mauvais réglages ou une pollution des scories dans la buse à vague. La construction physique du circuit imprimé et du cadre de brasage peut également créer des turbulences supplémentaires. Les circuits imprimés comportant de nombreux composants du côté brasage et les cadres de brasage avec des rainurages petites et profondes créeront des turbulences supplémentaires. Dans le cas du brasage sélectif, le vernis épargne est également le principal paramètre pour les microbilles et les différences entre les flux sont similaires à celles du brasage à la vague. Dans ce process, la mini-vague elle-même est turbulente et est souvent utilisée pour braser des connecteurs qui créent une turbulence supplémentaire. Il en résulte qu'en général, le processus de brasage sélectif est encore plus sensible aux microbilles que le brasage à la vague. Dans le cas du brasage par refusion, la principale cause des microbilles est le process de sérégraphie de la crème à braser. Si la crème à braser se retrouve en dehors des pastilles à braser, des microbilles peuvent apparaître après la refusion. Les raisons de ce phénomène peuvent être multiples : Le positionnement horizontal du circuit imprimé sous le pochoir n'était pas correct, l'alignement vertical du circuit imprimé et du pochoir n'était pas correct (pas parallèle). La pression du circuit imprimé sur le pochoir n'était pas assez élevée, la pression de la racle était trop élevée, la vitesse d'impression était trop faible, il n'y avait pas de réduction de l'ouverture du pochoir, il y avait une déviation dans le circuit imprimé, la température de production était trop élevée (>30°C), l'accumulation de résidus due à des intervalles trop longs pour le nettoyage du pochoir, une crème à braser qui s'affaisse après la sérigraphie, une crème à braser oxydée,... Certaines crème à braser peuvent être plus sensibles que d'autres à la formation de microbilles lorsqu'elles se trouvent en dehors de la zone des pastilles à braser. L'unité de dépose des composants CMS peut également être à l'origine de l'apparition de microbilles. Lorsque la force verticale exercée lors du placement du composant est trop élevée, la crème peut être écrasée et se retrouver à l'extérieur de la pastille à braser. Malheureusement, toutes les machines de dépose de composants CMS ne sont pas facilement réglables à cet égard. Le profil de refusion peut également contribuer à la formation de micobilles. Les zones de préchauffage entre 100 et 150°C sont connues pour provoquer l'affaissement de certaines crèmes à braser qui se retrouvent à l'extérieur de la pastille à braser. Ce phénomène peut toutefois être très différent d'une crème à braser à l'autre. Les fours à phase vapeur sont en général un peu plus sensibles à la création de microbilles, car le liquide qui se condense en vapeur peut provoquer l'affaissement de la crème à braser. Ici aussi, il peut y avoir une grande différence entre une crème à braser et une autre. Un autre phénomène où une microbille reste collée sur le côté d'un composant est appelé perlage ou microbille au milieu du composant CMS. Ce phénomène est principalement dû à une trop grande quantité de crème à braser sur la pastille à braser et le surplus de crème à braser en contact avec le vernis épargne formera une microbille sur le côté du composant CMS. Un pochoir plus fin, une réduction plus importante de l'ouverture du pochoir et une conception spécifique de l'ouverture du pochoir sont utilisés pour résoudre le problème de perlage.
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La colophane est un produit naturel provenant des arbres. Il existe de nombreux types de colophane avec des propriétés très différentes mais certaines propriétés générales s'appliquent. En tant qu'élément de la chimie du brasage, comme les flux de brasage, les crèmes à braser et les fils de brasage, en général, la colophane offre une grande fenêtre de process dans le process de brasage. Cela signifie qu'en général, elle est capable de supporter des temps plus longs et des températures plus élevées que, par exemple, une résine. Un avantage de la colophane dans un flux liquide est qu'en général, elle a tendance à créer moins de microbilles sur le vernis épargne après le brasage à la vague ou le brasage sélectif. En outre, le résidu de colophane offre une certaine protection contre l'humidité atmosphérique. Cela peut donner une chance supplémentaire de passer les tests de fiabilité climatique. Cette capacité de protection se dégrade toutefois avec le temps. D'autre part, la colophane contenue dans un flux de brasage liquide peut également présenter certains inconvénients. Elle augmente le risque de blocage de la buse de pulvérisation ou de la buse à jet des machines à braser à la vague et sélectives. Les résidus laissés dans la machine et sur les cadres de brasage sont assez difficiles à nettoyer. Les résidus laissés sur la carte électronique peuvent interférer avec le test in situ et créer un problème de contact entraînant une fausse lecture/erreur. Dans certains cas, cela peut entraîner une obstruction du flux de production. Lorsqu'une partie du flux pulvérisé contenant de la colophane se retrouve accidentellement sur les contacts d'un connecteur, d'un interrupteur/relais/contacteur dont le boîtier est partiellement ouvert, sur des contacts en carbone ou sur des motifs de contact sur la carte, cela peut également entraîner des problèmes de contact. Les résidus de la colophane ont, en général, une mauvaise compatibilité avec les vernis de tropicalisation. Après un cycle thermique, le vernis de tropicalisation peut commencer à présenter des fissures où l'humidité atmosphérique peut pénétrer et se condenser. Compte tenu de tout ce qui précède, en pesant les avantages de la colophane dans les flux de brasage liquides par rapport aux inconvénients, la tendance actuelle est de choisir des flux liquides sans colophane. Les flux classés "OR" ne contiennent pas de colophane. La colophane est très souvent utilisée dans les fils à braser en raison de sa large fenêtre de process en temps et en température. L'inconvénient est que la colophane a tendance à se décolorer avec la température et à laisser des résidus visuellement lourds. Lorsque le fil à braser est utilisé pour retravailler des cartes électroniques, ces résidus ne sont pas souhaitables pour certains fabricants d'électronique, car ils ne souhaitent pas que leurs clients voient qu'une carte électronique a été retravaillée. Le nettoyage de ces résidus de colophane nécessite des agents de nettoyage spéciaux et est un process qui prend du temps. Dans ce cas, les fabricants peuvent opter pour un fil à braser classé RE comme le IF 14. Les résidus sont minimes et peuvent être éliminés à l'aide d'une brosse sèche. La colophane est également utilisée dans les crèmes à braser. En plus de donner une bonne fenêtre de process en temps et en température, elle assure également une bonne stabilité de la crème à braser sur le pochoir. Cela facilitera un process de sérigraphie stable et donc des résultats de brasage et des taux de défaut stables. La décoloration de la colophane dans le brasage par refusion n'est pas aussi importante qu'avec un fil à braser car les températures dans le brasage par refusion sont plus basses que dans le brasage manuel. Néanmoins, les résidus de colophane sont peu compatibles avec les vernis de tropicalisation et, après des cycles thermiques, ils peuvent présenter des fissures ou détacher le vernis de tropicalisation. Bien que la plupart des fabricants appliquent le rvenis de tropicalisation sur les résidus de crème à braser, pour des résultats optimaux, il est conseillé de nettoyer les résidus de crème à braser. Compte tenu des avantages de la colophane décrits ci-dessus, la plupart des crèmes à braser contiennent de la colophane.
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Les flux de brasage à base d'alcool sont des flux liquides dont le principal solvant est un ou plusieurs alcools. La majorité des flux liquides utilisés dans la fabrication électronique sont encore à base d'alcool. Les principales raisons sont leur utilisation historique et donc leur part de marché, ainsi que leur fenêtre de process généralement plus grande par rapport aux flux à base d'eau. Les flux à base d'eau présentent de nombreux avantages par rapport aux flux à base d'alcool, tels qu'une consommation plus faible, l'absence d'émissions de COV (composés organiques volatils), l'absence de risque d'incendie, l'absence de transport et de stockage spéciaux, l'absence d'odeur dans la zone de production,... Cependant, de nombreux fabricants d'électronique semblent préférer la fenêtre de process plus large des flux à base d'alcool aux avantages des flux à base d'eau. Les flux à base d'alcool sont en général moins sensibles aux réglages du fluxeur par pulvérisation pour obtenir une bonne application du flux sur la surface à braser et dans les trous métallisés traversants. De plus, ils s'évaporent plus facilement lors du préchauffage et présentent moins de risques de gouttes de solvant résiduelles créant des microbilles, des éclaboussures d'alliage ou des ponts au contact de la vague. Un autre paramètre qui complique la mise en œuvre des flux à base d'eau est que, dans certains cas, le changement de flux peut être un processus long et coûteux. Il implique généralement des tests d'homologation et l'approbation des clients finaux. Spécifiquement pour les EMS (Electronic Manufacturing Servivces), sous-traitants, cela peut être un défi. Certains pays ont déjà mis en place une législation qui limite l'émission de COV par les systèmes d'évacuation ou impose des taxes sur les émissions de COV. Cela semble être une incitation supplémentaire à passer aux flux à base d'eau. Un développement récent a forcé de nombreux fabricants à se pencher sur les flux à base d'eau. La pandémie de COVID au début de l'année 2020 a soudainement augmenté la demande de désinfectants à base d'alcool, à tel point qu'à un certain moment, la disponibilité des alcools sur le marché était pratiquement inexistante. Heureusement, l'industrie qui produit les alcools a pu augmenter ses volumes juste à temps pour éviter que les fabricants d'électronique ne se retrouvent sans flux pour faire fonctionner leurs machines à braser.