Sélection de la pâte à souder

Sélection de la pâte à souder : définition, portée et public visé par ce guide

La sélection de la pâte à souder est le processus critique qui consiste à faire correspondre les propriétés chimiques et physiques du matériau de soudure à vos exigences spécifiques d'assemblage de PCB, à la densité des composants et à l'environnement d'exploitation. Il ne s'agit pas simplement de choisir une référence ; cela implique d'équilibrer la composition de l'alliage, l'activité du flux et la taille des particules pour garantir des joints électriques et mécaniques fiables. Pour les responsables des achats et les ingénieurs, cette décision a un impact direct sur les taux de rendement, les coûts de reprise et la fiabilité à long terme des produits.

Ce guide propose une approche structurée pour choisir la bonne pâte, allant au-delà des fiches techniques de base pour inclure des critères d'approvisionnement exploitables. Il est conçu pour les professionnels qui doivent valider les fournisseurs et définir des spécifications robustes pour la production de masse. Que vous ayez affaire à des composants à pas fin ou à des conditions de fonctionnement difficiles, le bon choix de pâte prévient les défaillances coûteuses sur le terrain.

Chez APTPCB (Usine de PCB APTPCB), nous constatons directement comment les spécifications de la pâte influencent le succès de la fabrication. Ce guide décrit les paramètres exacts, les risques et les étapes de validation nécessaires pour sécuriser un processus SMT stable.

Quand utiliser la sélection de pâte à souder (et quand une approche standard est préférable)

Une fois que vous avez compris la portée de la sélection de la pâte à souder, l'étape suivante consiste à déterminer si votre projet nécessite une sélection personnalisée spécialisée ou si une pâte standard de l'entreprise est suffisante. Utilisez un processus de sélection spécialisé lorsque :

Composants à pas fin : Vous utilisez des composants passifs 0201, uBGA ou CSP nécessitant une poudre de Type 4 ou Type 5 pour assurer un bon démoulage de la sérigraphie.
Exigences de haute fiabilité : Le produit est destiné aux secteurs automobile, aérospatial ou médical où la résistance aux cycles thermiques et aux vibrations est non négociable.
Profils thermiques complexes : La carte a une masse thermique élevée ou des composants sensibles qui restreignent la fenêtre de refusion, nécessitant une pâte avec une large fenêtre de processus.
Sensibilité aux vides : Vous avez de grandes plages de masse (QFNs/LGAs) où la formation de vides doit être minimisée pour la dissipation thermique.
Contraintes de non-nettoyage : L'application ne peut pas tolérer les résidus de flux, ou le résidu doit être chimiquement inerte pour prévenir l'électromigration.

Utilisez la pâte standard du fabricant lorsque :

Électronique grand public standard : La conception utilise des composants standard 0603+ et des boîtiers SOIC avec une densité modérée.
Sensibilité aux coûts : L'utilisation de la pâte standard du fabricant sous contrat (généralement SAC305 Type 4) tire parti de leurs prix de gros et de leurs profils établis.
Prototypage rapide : La vitesse est la priorité, et l'aperçu du processus SMT standard fourni par l'assembleur est suffisant pour les tests fonctionnels.

Spécifications de sélection de la pâte à souder (matériaux, empilement, tolérances)

Après avoir déterminé que votre projet nécessite une sélection spécifique de pâte à souder, vous devez définir clairement les spécifications techniques dans votre documentation pour éviter toute ambiguïté lors de l'approvisionnement.

Spécifications clés à définir :

Composition de l'alliage :
- Standard sans plomb : SAC305 (Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5) pour usage général.
- Haute fiabilité : SnPb (63/37) pour la défense/l'aérospatiale (des exemptions s'appliquent).
- Basse température : SnBiAg pour les composants sensibles à la chaleur (refusion < 170°C).
Type de flux (IPC J-STD-004) :
- ROL0/ROL1 : À base de colophane, faible activité. Sûr pour le "no-clean".
- ORL0 : À base organique. souvent hydrosoluble.
- Classification : Doit spécifier "No-Clean" (NC) ou "Water-Soluble" (WS).
Taille de la poudre (IPC J-STD-005) :
- Type 3 (25-45µm) : Pas standard (>0.5mm).
- Type 4 (20-38µm) : Pas fin (0.4mm - 0.5mm).
- Type 5 (15-25µm) : Pas ultra-fin (<0.4mm, puces 01005).
Charge métallique :
- Généralement 88% - 90% en poids. Une charge métallique plus élevée réduit l'affaissement mais augmente la viscosité.
Viscosité :
- Plage : 1300–2000 poises (Malcom). Critique pour la vitesse et la définition d'impression.
Indice thixotropique (TI) :
- Cible : 0.5–0.6. Détermine comment la pâte s'amincit sous contrainte de cisaillement (raclette) et retrouve sa structure après l'impression.
Teneur en halogènes :
- Sans halogène : <900ppm Cl/Br si la conformité environnementale est requise.
Durée de vie de l'adhésivité :
8 heures. Garantit que les composants restent en place en cas de délai entre le placement et le refusion.
Durée de vie sur le pochoir :
- 8 heures. La pâte ne doit pas sécher sur le pochoir pendant un quart de travail continu.
Performance de voiding (formation de vides) :
- Exigence de classe 3 : <25 % de surface de vide sur les pads thermiques BGA/QFN.
Caractéristiques des résidus :
- Doit être testable par sonde (résidu mou) ou dur/inerte selon les exigences de l'ICT.

Risques de fabrication liés au choix de la pâte à souder (causes profondes et prévention)

La définition des spécifications n'est que la première étape ; vous devez également anticiper les risques de fabrication associés au choix de la pâte à souder pour mettre en œuvre des contrôles de processus efficaces.

Risques courants et stratégies de prévention :

Formation de billes de soudure (Solder Balling) :
- Cause profonde : Oxydes excessifs dans la poudre, affaissement de la pâte pontant les pads, ou dégazage explosif.
- Détection : AOI ou inspection visuelle après refusion.
- Prévention : Choisir une pâte avec une haute résistance à l'oxydation ; assurer un taux de montée en température correct du profil de refusion.
Graping (Poudre non refondue) :
- Cause profonde : Le flux s'épuise avant que la soudure ne fonde ; courant dans les profils longs/chauds.
- Détection : Surface rugueuse et bosselée sur les joints (ressemble à des grappes de raisin).
- Prévention : Utiliser une pâte avec un flux à haute stabilité thermique ; optimiser les réglages profil de refusion débutant pour réduire le temps de trempage.
Head-in-Pillow (HiP) :
- Cause profonde : Le gauchissement du composant soulève la bille BGA ; le flux de la pâte sèche avant que la bille ne retombe.

Détection : Inspection aux rayons X (souvent difficile à voir) ou défaillance fonctionnelle.
Prévention : Utiliser une pâte avec une excellente activité de mouillage et une technologie de flux barrière.

Formation de vides (Voiding) :
- Cause première : Volatils piégés dans le joint ; dégazage du flux ne s'échappant pas.
- Détection : Inspection aux rayons X.
- Prévention : Optimiser la zone de trempage pour permettre l'échappement des volatils ; choisir des formulations de pâte spécifiques à faible formation de vides.
Affaissement (Slumping) :
- Cause première : Faible viscosité ou faible charge métallique ; température de l'imprimante trop élevée.
- Détection : Pontage observé lors de l'inspection de la pâte à souder (SPI) ou courts-circuits post-refusion.
- Prévention : Maintenir l'environnement de l'imprimante (23-25°C) ; sélectionner une pâte avec une meilleure résistance à l'affaissement à froid.
Effet pierre tombale (Tombstoning) :
- Cause première : Forces de mouillage inégales ; un côté fond/mouille plus vite que l'autre.
- Détection : Visuel/AOI.
- Prévention : Utiliser des alliages eutectiques ou des pâtes avec des plages de fusion spécifiques ; assurer la symétrie de la conception des pastilles.
Corrosion due aux résidus de flux :
- Cause première : Résidus de flux actifs non entièrement encapsulés ou nettoyés.
- Détection : Échec du test SIR (Surface Insulation Resistance).
- Prévention : Valider la classification ROL0/ROL1 ; s'assurer que la refusion active/encapsule entièrement les activateurs.
Mauvaise libération de la pâte de la sérigraphie :
- Cause première : La pâte sèche dans les ouvertures ; taille des particules trop grande pour le rapport d'ouverture.
- Détection : Volume insuffisant dans les données SPI.

Prévention : Adapter le type de poudre (Type 4/5) à la taille de l'ouverture ; utiliser des pochoirs nanorevêtus.

Validation et acceptation de la sélection de la pâte à souder (tests et critères de réussite)

Pour s'assurer que les risques identifiés ci-dessus sont atténués, un plan de validation robuste est requis avant d'approuver une nouvelle sélection de pâte à souder pour la production de masse.

Étapes et critères de validation :

Test d'imprimabilité :
- Objectif : Vérifier la libération et la définition de la pâte.
- Méthode : Imprimer sur un véhicule de test avec des rapports de surface d'ouverture variables (0,5 à 0,7). Mesurer avec SPI.
- Acceptation : Répétabilité du volume CpK > 1,66 ; pas de pontage ; efficacité de transfert > 80 %.
Test d'affaissement (IPC-TM-650 2.4.35) :
- Objectif : Vérifier l'intégrité structurelle avant refusion.
- Méthode : Imprimer des motifs spécifiques, chauffer à 150°C pendant 10 minutes.
- Acceptation : Pas de pontage entre les plots espacés de 0,2 mm.
Test de billes de soudure (IPC-TM-650 2.4.43) :
- Objectif : Évaluer les niveaux d'oxyde et la coalescence après refusion.
- Méthode : Refondre un point imprimé sur un coupon céramique.
- Acceptation : Une grosse bille avec pas plus de 3 billes satellites (Préféré).
Test d'équilibre de mouillage :
- Objectif : Vérifier l'activité du flux sur des finitions spécifiques (ENIG, OSP, HASL).
- Méthode : Mesurer la force et le temps de mouillage.
- Acceptation : Temps de mouillage < 2 secondes ; zéro dé-mouillage.
Analyse des vides (Rayons X) :
- Objectif : Quantifier le pourcentage de vides dans les plots thermiques.

Méthode: Radiographie de QFN et BGA sur 10 cartes échantillons.
Acceptation: Taux de vides moyen < 15 %; vide unique le plus grand < 5 %.

Test SIR (Résistance d'Isolation de Surface):
- Objectif: Assurer la fiabilité électrochimique (pas de dendrites).
- Méthode: Test de polarisation à 85°C / 85% HR pendant 168+ heures.
- Acceptation: Résistance > 100 MΩ; pas de croissance dendritique.
Test d'adhérence (Tack Test):
- Objectif: Vérifier la rétention des composants.
- Méthode: Mesurer la force d'adhérence sur 8 heures.
- Acceptation: Force > 100g après 8 heures.
Fenêtre de profil de refusion:
- Objectif: Déterminer la robustesse du processus.
- Méthode: Exécuter des profils aux limites basse (froide) et haute (chaude) de la spécification.
- Acceptation: Bon mouillage et absence de carbonisation aux deux extrêmes.

Liste de contrôle de qualification des fournisseurs pour la sélection de pâte à souder (demande de prix, audit, traçabilité)

Une fois que la validation prouve que le matériau fonctionne, utilisez cette liste de contrôle pour qualifier le fournisseur et la sélection de pâte à souder spécifique pour les achats continus.

Groupe 1: Entrées de la demande de prix (Ce que vous demandez)

Fiche Technique (TDS) confirmant l'alliage, le flux et la taille de la poudre.
Fiche de Données de Sécurité (SDS) pour la conformité (REACH/RoHS).
Garantie de durée de conservation (par exemple, 6 mois à 0-10°C).
Quantité Minimale de Commande (QMC) et taille du pot (pot de 500g vs. cartouche).
Délai de livraison pour les lots frais (la pâte ne doit pas avoir plus d'un mois à la réception).
Capacité d'expédition en chaîne du froid (enregistreurs de données inclus?).
Niveaux de prix pour le volume (kg/mois).
Disponibilité du support technique pour l'optimisation de profil.

Groupe 2 : Preuve de Capacité

Rapports de laboratoire internes pour la cohérence lot par lot (viscosité, charge métallique).
Certification sans halogène (le cas échéant).
Preuve d'utilisation réussie avec votre finition de surface spécifique (par exemple, compatibilité OSP).
Clients de référence dans votre industrie (Auto/Médical/Aéro).
Disponibilité d'échantillons pour un essai de qualification de 500g.
Rapports de compatibilité avec vos agents de nettoyage choisis (en cas de lavage).

Groupe 3 : Système Qualité & Traçabilité

Certification ISO 9001 / IATF 16949.
Système de traçabilité des lots (peuvent-ils tracer le lot de poudre et le lot de flux ?).
Certificat d'Analyse (CoA) fourni avec chaque expédition.
Le CoA inclut des données de test réelles, pas seulement "Conforme".
Politique d'échantillons de rétention (combien de temps conservent-ils les échantillons de lot ?).
Procédure de gestion des dépassements de température pendant l'expédition.

Groupe 4 : Contrôle des Changements & Livraison

Politique de notification de changement de produit (PCN) : préavis minimum de 6 mois pour les changements de formulation.
Robustesse de l'emballage (boîtes isolées, blocs réfrigérants, indicateurs de température).
Options d'entreposage local pour réduire le temps de transit.
Disponibilité de stock d'urgence.
Procédure pour l'élimination/le recyclage de la pâte périmée.
Étiquetage clair de la date de fabrication et de la date de péremption.

Comment choisir la pâte à souder (compromis et règles de décision)

Avec un fournisseur qualifié, la décision finale implique souvent des compromis. Utilisez ces règles pour finaliser votre sélection de pâte à souder.

Scénarios de compromis :

Sans nettoyage (No-Clean) vs. hydrosoluble :
- Règle : Si vous avez des composants à faible dégagement (QFNs/LGAs) où l'eau ne peut pas éliminer les résidus, choisissez No-Clean. Si vous avez besoin de joints brillants pour l'inspection visuelle et que vous disposez d'un nettoyage haute pression, choisissez hydrosoluble.
Poudre de Type 4 vs. Type 5 :
- Règle : Si vous avez des composants 01005 ou des BGA avec un pas de 0,3 mm, choisissez le Type 5. Sinon, choisissez le Type 4 pour économiser des coûts et réduire les risques d'oxydation (la poudre plus fine s'oxyde plus rapidement).
Sans halogène vs. Standard :
- Règle : Si le client final exige la conformité "Verte", choisissez sans halogène. Sachez que les pâtes sans halogène ont souvent une fenêtre de processus plus étroite et mouillent moins efficacement les pastilles oxydées.
Alliage haute température vs. basse température :
- Règle : Si les composants ne peuvent pas supporter 245°C, choisissez SnBiAg (basse température). Notez que les joints basse température sont fragiles et ont une résistance aux chocs de chute inférieure.
Haute adhérence vs. faible adhérence :
- Règle : Si vous avez une ligne à grande vitesse avec un mouvement rapide, choisissez une haute adhérence pour éviter le déplacement des composants. Si vous avez une ligne lente, une adhérence standard est suffisante.
Résidu clair vs. testable par broche :

Règle : Si vous utilisez l'ICT (Test In-Circuit), choisissez un résidu testable par broche (doux, non collant) pour éviter la contamination des sondes. Si l'esthétique est primordiale, choisissez un résidu clair.

FAQ sur la sélection de la pâte à souder (coût, délai, fichiers DFM, matériaux, tests)

La prise en compte des derniers détails aide à rationaliser le processus d'approvisionnement pour la sélection de la pâte à souder.

Q : Comment la sélection de la pâte à souder impacte-t-elle le coût total de l'assemblage de PCB ?

Bien que la pâte elle-même soit bon marché, un mauvais choix augmente les coûts par le biais des retouches et des rebuts.
L'utilisation de poudre de Type 5 au lieu de Type 4 augmente le coût des matériaux d'environ 20-30 %, mais est nécessaire pour le rendement sur les conceptions à pas ultra-fin.

Q : Quel est le délai typique pour les commandes de pâte à souder personnalisées ?

Les alliages standard (SAC305) sont généralement en stock (2-3 jours).
Les alliages spéciaux (basse température, haute teneur en plomb) ou les formulations de flux spécifiques peuvent nécessiter un délai de 2 à 4 semaines.

Q : Comment spécifier les exigences de pâte à souder dans mes fichiers DFM ?

Incluez une note dans le dessin de fabrication : "Pâte à souder : IPC J-STD-004 ROL0, SAC305, Type 4".
Assurez-vous que la couche de pochoir PCB dans vos Gerbers correspond aux réductions d'ouverture recommandées pour le type de pâte choisi.

Q : Puis-je utiliser de la vieille pâte à souder si elle a été réfrigérée ?

Respectez strictement la date de péremption. Même la pâte réfrigérée peut se séparer ou absorber l'humidité.
Effectuez un test de billes de soudure et une vérification de la viscosité si vous devez utiliser de la pâte périmée pour des prototypes non critiques.

Q: Quels tests sont requis pour les critères d'acceptation d'une nouvelle marque de pâte?

Minimum: Test d'imprimabilité (SPI), Bilan de mouillabilité et Analyse des vides.
Pour une haute fiabilité, ajoutez les tests SIR et le cyclage thermique.

Q: Comment la sélection de la pâte à souder affecte-t-elle l'aperçu du processus SMT?

La pâte détermine le profil de refusion (température de pointe, temps de trempage).
Consultez notre aperçu du processus SMT pour comprendre comment les propriétés de la pâte dictent la vitesse de la ligne et les réglages du four.

Q: Pourquoi le "cold slump" est-il une spécification critique pour les pas fins?

Le cold slump se produit après l'impression mais avant la refusion.
Si la pâte s'affaisse trop, elle crée des ponts entre les pastilles à pas fin, provoquant des courts-circuits.

Q: APTPCB effectue-t-il un contrôle qualité à la réception de la pâte à souder?

Oui. Nous vérifions la température de stockage, la date de péremption et effectuons des tests de mélange visuels.
Notre système qualité garantit que seuls les matériaux conformes entrent dans la ligne de production.

Ressources pour la sélection de la pâte à souder (pages et outils connexes)

Assemblage SMT & THT: Comprenez où la sélection de la pâte s'intègre dans le flux de travail d'assemblage plus large.
Services de pochoirs PCB: La conception du pochoir doit être associée à votre sélection de pâte pour une libération optimale.
Inspection SPI: Découvrez comment nous validons le volume et l'alignement de la pâte en temps réel.
Directives DFM: Règles de conception pour garantir que vos pastilles sont compatibles avec les applications de pâte standard.
Soudure sélective: Alternatives au refusion de pâte pour les cartes à technologie mixte.

Demander un devis pour la sélection de pâte à souder (revue DFM + prix)

Prêt à passer à la production ? APTPCB propose une revue DFM complète pour s'assurer que votre sélection de pâte à souder correspond à la conception de votre carte et à vos exigences de volume.

Pour obtenir un devis précis et une analyse DFM, veuillez fournir :

Fichiers Gerber : Y compris les couches de pâte et les plans d'assemblage.
BOM (Nomenclature) : Pour identifier les composants à pas fin.
Exigences spéciales : Notez tout besoin spécifique en alliage (par ex. SnPb) ou en flux (par ex. hydrosoluble).
Volume : L'utilisation annuelle estimée nous aide à planifier l'approvisionnement en matériaux.

Conclusion : prochaines étapes pour la sélection de pâte à souder

Une sélection de pâte à souder efficace est un équilibre entre la chimie, la physique et le contrôle des processus. En définissant des spécifications claires pour l'alliage et le flux, en comprenant les risques de formation de vides (voiding) et d'affaissement (slump), et en validant les performances par des tests rigoureux, vous assurez un processus d'assemblage à haut rendement. Utilisez la liste de contrôle fournie pour qualifier vos fournisseurs et matériaux, garantissant que chaque impression aboutit à un joint de soudure fiable.