Contenu

• Le contexte : ce qui rend la conception de soudures sélectives difficile
• Les technologies de base (ce qui fait que cela fonctionne réellement)
• Vue de l'écosystème : cartes/interfaces associées/étapes de fabrication
• Comparaison : options communes et ce que vous gagnez/perdez
• Piliers de fiabilité et de performance (signal/puissance/thermique/contrôle de processus)
• L'avenir : où cela va-t-il (matériaux, intégration, IA/automatisation)
• Demander un devis / Examen DFM pour la conception de soudure sélective (quoi envoyer)
• Conclusions

Faits saillants

• Zones de dégagement : Pourquoi la distance « d'exclusion » est le paramètre de conception le plus critique pour l'accès aux buses.
• Gestion thermique : équilibre entre la dissipation thermique pour le fonctionnement et la rétention de chaleur pour le soudage.
• Orientation des composants : comment l'alignement des broches avec la direction de l'onde de soudure réduit les défauts de pontage.
• Longueur du fil : impact de la saillie de la broche sur le mouvement et les turbulences de la buse.
• Efficacité du processus : compromis entre les méthodes de soudage « par immersion » et « par glissement » dans la conception de configuration.

Le contexte : ce qui rend la conception de soudures sélectives difficile

Le principal défi de la conception de soudures sélectives réside dans le conflit entre la densité de la carte et l'accès physique à la machine. À mesure que l’électronique rétrécit, les concepteurs sont contraints de rapprocher les composants les uns des autres. Cependant, le brasage sélectif repose sur une buse physique (une fontaine de soudure fondue) se déplaçant sous la carte. Cette buse a une épaisseur de paroi physique et nécessite un ménisque de soudure stable.

Si un concepteur place un grand condensateur inférieur trop près d'une broche traversante, la buse ne peut pas atteindre la broche sans entrer en collision avec le condensateur ou le faire fondre. De plus, contrairement au brasage à la vague qui chauffe l’ensemble de l’assemblage, le brasage sélectif applique une chaleur intense et localisée. Cela crée des gradients thermiques abrupts qui peuvent déformer le panneau ou fissurer les composants en céramique s'ils ne sont pas gérés par une disposition et une sélection minutieuse des matériaux. Chez APTPCB (APTPCB PCB Factory), nous voyons souvent des conceptions qui nécessitent des ajustements mineurs de disposition pour passer de « non fabriquable » à « à haut rendement » simplement en respectant ces contraintes physiques.

Les technologies de base (ce qui fait que cela fonctionne réellement)

Comprendre les machines permet de clarifier les règles de conception. Le brasage sélectif n’est pas magique ; il s'agit d'une coordination précise de trois sous-systèmes principaux.

• Le Flux Drop-Jet : Avant le soudage, un jet de précision pulvérise du flux sur les broches spécifiques.
  • Implication de conception : Flux a une zone de surpulvérisation « satellite ». Les concepteurs doivent s'assurer que les composants sensibles (comme les interrupteurs non scellés ou les capteurs optiques) se trouvent en dehors de cette zone de pulvérisation pour éviter toute contamination.
• La buse Mini-Wave : c'est le cœur du système : un petit cylindre en titane ou en acier qui pompe la soudure fondue.
  • Implication de conception : La buse a besoin d'une surface « mouillable » pour maintenir une onde stable. L'espace libre standard (à exclure) est généralement de 3 mm entre le bord du tampon et le composant CMS le plus proche. Réduire cette valeur à 1 mm est possible avec des buses spécialisées, mais cela augmente les coûts et les risques.
• Inertage à l'azote : La vague de soudure est enveloppée d'azote gazeux chaud pour empêcher l'oxydation (écumes) et améliorer le mouillage.
  • Implication de conception : Le carénage d'azote ajoute une largeur efficace à l'ensemble de buse. Une conception peut sembler claire pour la vague de soudure, mais la buse de gaz peut quand même toucher un composant adjacent de grande taille.
• Mouvement robotique (glisser ou tremper) :
  • Soudage par glissement : La buse se déplace le long d'une rangée de broches. Ceci est plus rapide mais nécessite une orientation spécifique des composants pour éviter les pontages.
  • Soudage par trempage : La carte s'abaisse sur une plaque multi-buses. Ceci est plus rapide en termes de temps de cycle, mais nécessite des plaques d'outillage personnalisées pour chaque disposition de carte unique.

Pour en savoir plus sur la manière dont ces processus s'intègrent dans le cadre plus large de l'assemblage, consultez notre guide sur le Soudage sélectif des PCB.

Vue de l'écosystème : cartes/interfaces/étapes de fabrication associées

La conception de soudure sélective n’existe pas en vase clos. Elle est profondément interconnectée avec les étapes de fabrication en amont et en aval.

En amont : placement SMT Les processus SMT et THT doivent être synchronisés. Si le processus SMT place des composants lourds en cuivre à proximité des broches traversantes, ils agissent comme des dissipateurs thermiques. Lors du brasage sélectif, la buse peut avoir du mal à chauffer suffisamment le canon car le plan de cuivre SMT à proximité draine l'énergie thermique. Les concepteurs doivent utiliser des motifs de relief thermique (rayons) sur les plans de masse pour éviter cela, garantissant ainsi que la soudure s'écoule entièrement à travers le canon.

En aval : tests et inspection Après la soudure, la carte passe souvent au Test ICT ou aux tests fonctionnels. Les résidus de flux issus du brasage sélectif sont localisés mais peuvent être collants. Si les points de test sont placés trop près des broches soudées, la pulvérisation excessive de flux peut isoler les sondes de test, provoquant de fausses pannes. Une conception robuste place les points de test à une distance sûre des joints de soudure sélectifs ou spécifie un processus de nettoyage.

Matériaux : Résistance aux chocs thermiques La chaleur localisée du brasage sélectif induit une expansion significative sur l'axe Z dans le matériau du PCB. L’utilisation d’un matériau Tg standard pour un panneau multicouche épais peut entraîner des fissures en tonneau ou un soulèvement des tampons. Pour les conceptions à haute fiabilité, la spécification des matériaux PCB à haute Tg garantit que la carte peut résister au différentiel thermique entre le joint de soudure chaud et la zone environnante plus froide.

Comparaison : options courantes et ce que vous gagnez/perdez

Lorsqu'il s'agit de choisir entre le brasage sélectif et d'autres méthodes comme le brasage à la vague avec des palettes ou le brasage manuel, le choix se résume souvent à un équilibre entre le coût, le débit et la liberté de conception.

Piliers de fiabilité et de performance (signal/puissance/thermique/contrôle de processus)

La fiabilité du brasage sélectif repose sur la capacité à former une liaison intermétallique solide sans surchauffer le stratifié.1. Remplissage du baril et demande thermique La norme IPC exige généralement un remplissage vertical de 75 % (classe 2) ou 50 % (remplissage vertical de classe 3, bien que 75 % soit souvent ciblé) du trou traversant plaqué. Dans les conceptions Heavy Copper PCB, les plans de cuivre aspirent la chaleur plus rapidement que la mini-onde ne peut la fournir.

• Correction de conception : Augmentez la largeur des rayons à relief thermique tout en conservant le motif en relief. Ne connectez pas les broches directement à des plans solides, sauf si cela est absolument nécessaire pour la capacité actuelle.

2. Pontage à souder Le pontage se produit lorsque la soudure connecte deux broches adjacentes. Ceci est courant sur les connecteurs à pas fin (par exemple, pas de 2 mm ou moins).

• Correction de conception : assurez-vous que la longueur du fil est courte (saillie maximale de 1,5 mm). Les câbles plus longs traînent dans la vague et provoquent des turbulences, menant à des ponts. En outre, orientez les connecteurs de manière à ce que l'onde circule parallèlement aux rangées, et non perpendiculairement, ou utilisez des pastilles « voleur de soudure » ​​à l'extrémité de la rangée.

3. Dissolution du cuivre Étant donné que le brasage sélectif utilise un petit volume de soudure avec une vitesse d'écoulement élevée, il peut dissoudre un mince placage de cuivre (genou du trou) si le temps de séjour est trop long.

• Design Fix : Garantissez une épaisseur de placage robuste dans le corps (en moyenne 25 µm) pour résister à la fenêtre de processus.

Type de défaut	Cause fondamentale du design	Stratégie de prévention
Rapprochement	Pas trop fin (<2 mm) ou fils trop longs (>2 mm).	Réduire la saillie du plomb ; ajoutez des tampons anti-vol de soudure ; augmentez la hauteur si possible.
Remplissage insuffisant	Connexion directe au plan de masse.	Ajoutez des rayons de soulagement thermique ; augmenter la taille de l'anneau annulaire pour faciliter le transfert de chaleur.
Boules de soudure	Barrages de masque de soudure manquants entre les plaquettes.	Assurez-vous qu'il existe des barrages de masque de soudure entre chaque tampon THT.
Dommages aux composants	Dégagement < 3 mm pour les pièces SMT.	Appliquez des zones d'exclusion strictes (KOZ) dans les règles CAO.

L'avenir : où cela va-t-il (matériaux, intégration, IA/automatisation)

La tendance en matière de brasage sélectif se dirige vers des machines plus intelligentes, capables de gérer des contraintes plus strictes, réduisant ainsi la charge de travail du concepteur de circuits imprimés, même si la physique s'applique toujours. APTPCB surveille de près ces avancées pour proposer des règles de conception plus strictes.

## Demander un devis/examen DFM pour la conception de soudures sélectives (quoi envoyer)

Lors de la soumission d'une conception pour le brasage sélectif à l'APTPCB, la clarté sur les contraintes physiques est essentielle. Pour obtenir un devis précis et un examen complet des Directives DFM, veuillez inclure les détails suivants :

• Fichiers Gerber : Inclut toutes les couches de cuivre, le masque de soudure et les fichiers de perçage.
• Dessin d'assemblage : marquez clairement quels composants sont THT et nécessitent une soudure sélective.
• Hauteurs des composants : fournissez un fichier STEP 3D ou des données de hauteur pour les pièces SMT inférieures (critique pour le dégagement des buses).
• Spécification de la longueur des fils : Confirmez si les fils seront coupés avant le soudage (recommandé <1,5 mm).
• Panelisation : si vous disposez d'un réseau de panneaux préféré, partagez-le. Le brasage sélectif nécessite souvent des bords de rail spécifiques.
• Exigence de classe IPC : Précisez si un remplissage de baril de classe 2 ou de classe 3 est requis.
• Spécifications du matériau : Mentionnez si une Tg élevée ou des propriétés thermiques spécifiques sont nécessaires.
• Volume : Prototype ou production de masse affecte le choix entre le traitement à une ou plusieurs buses.

Conclusion

La conception de soudure sélective constitue le pont entre une fonctionnalité complexe et haute densité et une production de masse fiable. Il permet aux ingénieurs d'utiliser le meilleur des deux mondes : la densité du CMS double face et la robustesse mécanique des connecteurs traversants. En respectant les zones physiques « interdites », en gérant le soulagement thermique et en comprenant le mouvement de la vague de soudure, vous pouvez concevoir des cartes qui circulent de manière transparente dans l'usine.Chez APTPCB, nous sommes spécialisés dans la gestion de ces compromis. Que vous prototypiez un contrôleur industriel complexe ou que vous mettiez à l'échelle une unité de distribution d'énergie, notre équipe d'ingénieurs est prête à examiner votre configuration et à garantir qu'elle est optimisée pour le processus de brasage sélectif. Contactez-nous dès aujourd'hui pour valider votre conception avant que la première planche ne soit filée.

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