AVOID THE VOID™ : Les vides dans un plan de masse étendu dans l'assemblage électronique : Conception du pochoir

Dans un article précédent, j'ai parlé des vides dans un plan de masse étendu dans l'assemblage électronique et j'ai mentionné un outil statistique de référence appelé le diagramme d'Ishikawa. Cet outil permet de cartographier un processus et fournit une excellente aide visuelle qui permet de montrer les causes possibles des défaillances et les effets que les variables des processus peuvent entraîner. Ce diagramme d'Ishikawa en particulier montrait que la conception du pochoir pouvait avoir un effet important sur les vides. Aujourd'hui, je vais approfondir ce domaine un peu plus et parler de la façon dont nous pouvons minimiser les vides à l'aide du plan de masse étendu dans l'assemblage électronique avec des différences de conception de pochoir.

La conception du pochoir peut avoir un effet énorme sur les niveaux de vides sous les composants de fond (BTC). La quantité de pâte à braser déposée sur la carte et l'endroit où la pâte à braser est déposée peuvent faire une différence de 5 à 10 % de vides et 40 à 60 % de vides respectivement. Il est important de tenir compte de ces effets avant de concevoir vos modèles de pochoir et de ses orifices.

L'un des aspects cruciaux à considérer est l'épaisseur du pochoir. Nous avons vu dans de nombreuses études, ici à Indium Corporation ainsi que dans d'innombrables essais chez nos clients, que l'épaisseur du pochoir joue un rôle considérable. En règle générale, un pochoir plus épais donnera moins de vides. Lorsque la hauteur d'un composant particulier est plus élevée (en raison d'un dépôt plus épais de pâte à braser ou en raison d'un pochoir plus épais), les matières volatiles du flux ont plus d'espace pour dégazer et s'échapper des zones confinées sous le composant. Des études ont été réalisées et ont montré une différence statistique entre un pochoir d'épaisseur de 4 mil et un pochoir d'épaisseur 5 mil et, dans tous les cas, le pochoir 5 mil a livré de meilleures performances en matière de vides. (Note : le mil est une unité de longueur égale à un millième de pouce, soit 2,54 cm/1000). Mais que se serait-il passé si on avait utilisé un pochoir de 6 mil ou 7 mil ? Eh bien, un pochoir de 6 ou 7 mil entraînera généralement un rapport de surface trop élevé pour que la pâte puisse passer correctement à travers les ouvertures. Pour cette raison, entre autres, il est souvent impossible d'utiliser un pochoir plus épais.  Cependant, il y a un cas où un pochoir plus épais donnera effectivement de meilleurs résultats en matière de vides, donc nous ne pouvons pas assumer que cette notion s'applique à tous les modèles.

Le fait de maximiser le rapport volume/hauteur de la pâte à braser peut être accompli par des voies autres que par l'augmentation de l'épaisseur du pochoir. Le fait d'améliorer l'efficacité du transfert de la pâte à braser à travers le pochoir jusqu'à la carte peut également affecter le rapport hauteur/volume de dépôt de pâte à braser et pourrait améliorer les performances en matière de vides de la pâte à braser sous les composants des QFN. La qualité du pochoir, la composition métallique du pochoir, l'âge, l'usure et si un pochoir est revêtu avec des matériaux tels que les nano-revêtements, peuvent tous avoir un effet considérable sur le rendement de transfert de la pâte à braser. Tous les fournisseurs de pochoirs n'ont pas la même qualité de pochoir. Certains pochoirs peuvent avoir des problèmes avec des ouvertures qui sont dimensionnées de façon incorrecte, coupées au mauvais endroit, ou biaisées orthogonalement. Si les ouvertures ne correspondent pas correctement à la hauteur des plots, alors la pâte à braser ne saura pas se transférer correctement jusqu'à la carte avec un volume maximum et une variation minimale. La composition métallique dans laquelle le pochoir est découpé peut également jouer un rôle dans l'efficacité du transfert de la pâte à braser à la carte. Certains métaux ont une tension de surface inférieure à d'autres, ce qui rend plus facile le transfert de la pâte à braser au travers et hors du pochoir. La même chose peut être réalisée grâce à l'utilisation d'un matériau de type nano-revêtement. L'âge du pochoir a généralement une corrélation directe avec l'usure du pochoir. Si le pochoir est usé ou endommagé, les ouvertures peuvent être abîmées ou ne plus être parfaitement arrondies, affectant la façon dont la pâte va passer à travers le pochoir.

La conception du pochoir est un domaine supplémentaire sur lequel vous devrez vous pencher pour réduire les vides sous les composants terminaux de fond. La plupart des fournisseurs de composants ont des recommandations d'ouverture énumérées dans la fiche de données du composant. C'est généralement un bon point de départ, mais des modifications dans la taille des carreaux de la fenêtre, la forme, le nombre de grilles des carreaux de la fenêtre et la taille et la forme des grilles peuvent potentiellement réduire davantage les vides de brasure. Chaque composant est particulier et, par conséquent, il n'y a pas de solution universelle pour la conception de l'ouverture. Il vaut généralement mieux plus d'ouvertures dans la vitre que moins Il vaut généralement mieux des grilles plus fines que plus épaisses. Mais, tout comme pour l'épaisseur du pochoir, il y aura un point où trop de carreaux et une grille de carreaux trop mince augmenteront les vides. Une forme rectangulaire est-elle préférable à un carré, un cercle ou un ovale ? Chaque composant va réagir légèrement différemment, il est donc important de faire quelques recherches et, éventuellement, quelques essais avant la production pour voir ce qui est le plus performant dans votre processus. 

Restez à l'écoute pour ma prochaine discussion sur la façon dont les finitions des circuits imprimés peuvent affecter les vides sous les composants terminaux de fond.