Soudage 101 : La simplicité du soudage - La complexité de la crème à souder

Les amis,

Souder du cuivre au cuivre avec une soudure à base d'étain, comme la soudure eutectique étain-plomb ou une soudure ordinaire sans plomb comme SAC305, ne nécessite que la soudure liquide et le cuivre pour former la liaison intermétallique étain-cuivre. Cette simplicité, avec une petite prise, m'a été rapportée par des collègues Speedline Technologies. Ils ont pris une carte de circuit imprimé montés avec des composants traversants et l'ont fait passer dans une machine à souder à la vague sans utiliser aucun flux. Le résultat était comique. La carte pesait environ 4,5 kg (10 livres), car elle comportait d'énormes formations de glace de soudure ! Les oxydes formés sur le cuivre ont créé ce chaos. En faisant repasser la carte sous une couverture d'azote, on obtenait une belle carte soudée à la vague, qui pouvait être prête à être expédiée. Donc, en réalité, un flux ou de l'azote, de préférence les deux sont nécessaires pour réussir une soudure à la vague en plus de la soudure et du cuivre ; cependant, c'est encore relativement simple.

Je plains les scientifiques du soudage de la fin des années 1970 et du début des années 1980. La CMS était une technologie émergente et le monde voulait acheter de la crème à souder ; cependant, la seule expérience que de nombreux scientifiques de la soudure avaient, était le soudage à la vague. Dans le soudage à la vague, la tâche principale du flux est d'éliminer les oxydes des pastilles et des composants de la carte de circuit imprimé. La soudure est à l'état fondu et son oxydation n'est pas une préoccupation majeure. Dans le processus de soudage, la soudure ne touche la carte que pendant quelques secondes et la carte ne subit des températures élevées que pendant cette brève période.

J'imagine que les premières crèmes à souder étaient constituées de poudre de soudure avec des flux similaires à ceux utilisés pour le soudage à la vague. Si c'est le cas, elles n'ont probablement pas très bien fonctionné. Pensez aux différences spectaculaires que subit la crème à souder comparé à la soudure dans la soudure à la vague. Le "flux" dans la crème à souder doit éliminer les oxydes des pastilles PWB, des fils de composants et des particules de soudure, mais il doit aussi protéger toutes ces surfaces contre la réoxydation pendant plusieurs minutes dans le four à refusion Pour obtenir cette protection, le "flux" doit contenir des matériaux qui agissent comme une barrière à l'oxygène. Les matériaux les plus couramment utilisés dans les pâtes à souder sans nettoyage sont les colophanes/résines. Les colophanes, ou les résines qui sont des colophanes modifiées ou synthétiques, sont généralement des composés organiques de poids moléculaire moyen à élevé contenant 80 à 90% d'acide abiétique. On les trouve habituellement dans les conifères. Les colophanes/résines sont collantes par nature et fournissent une certaine activité de fondant et une résistance à l'oxydation pendant le processus de refusion.

La raison pour laquelle j'ai écrit "flux" entre guillemets dans le paragraphe ci-dessus est que, ce que la plupart des gens appellent le flux dans la pâte à souder est une combinaison complexe de matériaux. Ces "flux" seront constitués de :

• Colophanes/résines : pour la barrière à l'oxygène et une certaine activité de fondant
• Additifs rhéologiques : pour donner les meilleures propriétés d'impression, par exemple, une bonne réponse à la pause, une bonne efficacité de transfert, une excellente résistance à l'affaissement, une bonne adhérence, etc.
• Solvants : pour dissoudre les autres matériaux.
• Activateurs : pour effectuer l'action fondante principale (élimination des oxydes).​
  
  
  Figure. Les crèmes à souder sont l'un des matériaux les plus sophistiqués.
  
  Les pâtes à souder modernes doivent avoir une bonne capacité de barrière à l'oxygène. Dans la plupart des profils de refusion, la pâte à souder est à des températures supérieures à 150 ºC pendant plus que quelques minutes. Durant ce temps, une barrière à l'oxygène est nécessaire pour protéger à la fois les particules de soudure et les surfaces des pastilles et des fils.
  
  Un exemple courant d'une barrière de soudure insuffisante est le défaut de grappe ou son parent, le défaut de mouillage du joint de brasure. Si vous rencontrez l'un de ces défauts, une crème à souder avec de meilleures propriétés de barrière à l'oxygène ne peut qu'aider.
  
  Avant la refusion, la crème à souder doit imprimer correctement, avoir une bonne réponse à la pause, ne pas cisailler en couches minces, résister à l'affaissement à froid, et avoir un bon "collant" pour supporter les composants après le positionnement. Au cours de la refusion, en plus de la barrière à l'oxygène, la crème à souder ne doit pas présenter d'affaissement à chaud, doit “Avoid the Void^TM” (combler les vides),ne pas créer le défaut de mouillage du joint de soudure (HIP), travailler avec toutes les finitions de pastilles de carte de circuit imprimé courantes, et produire des joints fiables dans les environnements subissant des cycles thermiques, des chocs dus aux chutes et des vibrations. Pfffiou ! Quel défi complexe.
  
  
  Merci,
  Dr Ron