Le brasage à la vague est un procédé de brasage en masse dédié aux composants traversants (THT). Le circuit, dont les composants sont insérés côté composants (face supérieure), traverse sur un convoyeur une onde d'alliage en fusion propulsée par pompage. Au contact de la vague sur la face inférieure, l'alliage mouille chaque broche et pad exposé, remonte par capillarité dans les trous métallisés et forme tous les joints de brasure traversants en une seule passe.
En amont de la vague, la carte reçoit une application de flux par pulvérisation puis traverse un tunnel de préchauffage. En sortie de bain, les joints refroidissent et se solidifient. Cette séquence — fluxage, préchauffage, passage sur la vague et refroidissement — constitue l'intégralité du cycle. Chaque étape possède ses propres paramètres de contrôle, et l'écrasante majorité des défauts de brasage à la vague découle d'un mauvais réglage de ces zones ou d'un routage inadapté.
Le brasage à la vague garantit une cadence élevée et une excellente répétabilité sur les cartes intégrant de nombreuses liaisons traversantes. Ce procédé devient contraignant lorsque la face soudure comporte une densité élevée de composants montés en surface (SMD). Analyse du fonctionnement du procédé, des paramètres clés du profil thermique, des critères de choix face au brasage sélectif ou au refusion, ainsi que des règles de conception (DFM) garantissant des brasures franches et conformes.
Points clés
- Le brasage à la vague soude simultanément tous les joints traversants en face inférieure en faisant défiler la carte au-dessus d'une vague d'alliage en fusion.
- Le procédé s'articule autour de quatre phases : fluxage, préchauffage, contact avec la vague et refroidissement. Le préchauffage évapore les solvants du flux et monte le circuit en température pour assurer le bon remplissage des trous métallisés.
- De nombreuses lignes utilisent une double vague : une vague turbulente pour mouiller l'intérieur des perçages et contourner les composants, suivie d'une vague laminaire pour drainer l'excès de brasure et éviter les ponts.
- Les composants SMT montés en face inférieure doivent être collés et qualifiés pour le passage à la vague, ou protégés par une palette de brasage. Dans le cas contraire, le brasage sélectif s'impose.
- La conception du PCB dicte directement le rendement : orientation des composants par rapport au sens de convoyage, longueur de dépassement des pattes, jeu broche-trou et freins thermiques sur les plans internes.
Qu'est-ce que le brasage à la vague ?
Le brasage à la vague est un procédé industriel dans lequel la face inférieure d'un circuit imprimé traverse une vague d'alliage en fusion pour braser, en une seule passe, les broches traversantes (THT) et d'éventuels composants CMS préalablement collés. La vague est générée par une pompe immergée dans le pot de soudure qui propulse l'alliage à travers une buse, formant une crête dynamique continuellement renouvelée.
Ce procédé constituait la méthode d'assemblage standard avant l'essor de la technologie CMS. Aujourd'hui, la plupart des cartes sont en technologie SMT et brasées par refusion ; le brasage à la vague reste réservé aux composants traversants : connecteurs, borniers, transformateurs, relais et autres pièces lourdes ou encombrantes. Sur une carte à technologie mixte, la refusion SMT est systématiquement réalisée en premier (voir le processus de brasage par refusion), avant d'insérer les composants traversants pour leur passage à la vague.
La ligne d'assemblage SMT et THT d'APT verrouille la gamme de fabrication (conception du pochoir, profils de refusion, choix entre vague globale ou brasage sélectif, gestion des reprises manuelles) dès la phase amont, garantissant une intégration maîtrisée et répétable des composants traversants.
Quand le brasage à la vague s'impose-t-il face au brasage sélectif pour le THT ?
| Étape | Action | Paramètre contrôlé | Problème type en cas de dérive |
|---|---|---|---|
| 1. Fluxage | Pulvérisation (spray) ou moussage de flux liquide sur la face inférieure de la carte | Décapage des oxydes sur les pads et les broches ; mouillage | Insuffisant : manques de soudure, mauvais remplissage. Excessif : résidus, billes d'étain |
| 2. Préchauffage | Montée en température par le dessous (et souvent par le dessus) | Évaporation des solvants, activation du flux, réduction du choc thermique, remontée dans les fûts | Trop bas : projections, vides, remplissage incomplet. Trop haut : flux brûlé/inactif avant la vague |
| 3. Passage sur la vague | Défilement de la carte sur une ou deux vagues d'étain à vitesse et inclinaison calibrées | Temps de contact, mouillage, remplissage des fûts, élimination des ponts et excès | Contact trop court : remplissage partiel. Contact trop long : surchauffe, dissolution du cuivre |
| 4. Refroidissement | Sortie de vague et solidification de l'alliage | Figeage du joint de brasure, contraintes mécaniques résiduelles | Mouvements ou vibrations pendant le figeage : joints perturbés / joints froids |
Étape 1 : Le fluxage
Les fluxeurs à pulvérisation déposent un film régulier de flux liquide sur la face inférieure du PCB, tandis que les fluxeurs à mousse font passer le circuit au-dessus d'une buse d'émulsion. Le flux doit atteindre chaque pad et mouiller l'intérieur des fûts métallisés. La composition chimique détermine le protocole de nettoyage post-brasage ; consultez le guide sur les types de flux de soudure pour comparer les formulations no-clean et hydrosolubles.
Étape 2 : Le préchauffage
Le préchauffage remplit trois fonctions critiques : évaporer les solvants du flux pour empêcher l'ébullition et les projections au contact de la vague, activer chimiquement le flux, et élever la température du circuit et des broches pour faciliter la remontée de l'étain dans les trous avant solidification. Les cartes épaisses pourvues de plans de masse internes massifs exigent un préchauffage nettement plus soutenu que les circuits fins à faible densité de cuivre.
Étape 3 : Le contact avec la vague d'étain
Le convoyeur achemine la carte sur la vague avec une légère inclinaison ascendante. Les machines à double vague emploient une première vague turbulente qui force l'alliage dans les trous et contourne les corps des composants, suivie d'une seconde vague laminaire qui draine l'excédent de brasure pour éliminer les ponts. Le temps de contact effectif de chaque point dépend de la vitesse du convoyeur, de la hauteur de la vague et de l'angle d'inclinaison.
L'inertage du bac d'étain sous atmosphère d'azote limite l'oxydation et la formation de scories, fiabilisant le mouillage sur les finitions d'accueil complexes.
Étape 4 : Le refroidissement
Les joints de brasure se solidifient dès que le circuit quitte la vague. Toute vibration mécanique durant cet intervalle provoque des joints dits "perturbés" ou granuleux, aux propriétés mécaniques affaiblies. Une fois refroidi, le PCBA part en inspection puis, si la chimie du flux le prescrit, en phase de lavage.
Température du bain d'étain, temps d'immersion et longueur de contact : quelle combinaison selon le pitch des broches ?
Le profil de brasage à la vague enregistre l'évolution thermique de la carte tout au long de son passage dans la machine. Tout comme pour un reflow profile, la mesure s'effectue à l'aide de thermocouples fixés directement sur une carte témoin, et non d'après les simples valeurs de consigne de la machine. Les paramètres à déterminer sont les suivants :
- Type de flux et quantité déposée
- Consignes de préchauffage et température réelle de la carte à l'arrivée sur la vague, mesurée sur les faces supérieure et inférieure
- Alliage de brasage et température du bain
- Vitesse et angle d'inclinaison du convoyeur, qui définissent ensemble le temps de contact
- Hauteur de vague et configuration retenue (vague simple ou double)
- Atmosphère de travail (air ou azote)
Déterminez les valeurs cibles à partir des fiches techniques du flux et de l'alliage, de la tenue thermique maximale des composants et de la masse thermique globale du PCB. Les alliages sans plomb (lead-free) imposent généralement un bain plus chaud et dissolvent le cuivre plus rapidement que les alliages étain-plomb : surveillez d'autant plus le temps de contact et l'intégrité des trous métallisés. Intégrez l'enregistrement de ce profil au dossier de premier article pour verrouiller les réglages sur les lots de série ultérieurs.
Wave vs selective vs pin-in-paste vs hand: quel procédé pour quel composant traversant ?
Matrice de décision pour les composants traversants selon la configuration de votre carte :
| Configuration de la carte | Brasage à la vague | Brasage sélectif | Pin-in-paste (refusion) | Brasage manuel |
|---|---|---|---|---|
| Nombreux joints THT, face inférieure exempte de CMS | Idéal : tous les joints en un seul passage | Fonctionne, mais cycle plus long par carte | Possible uniquement si les composants tolèrent la refusion | Trop lent et variabilité excessive |
| Nombreux joints THT, quelques CMS en face inférieure | Possible avec cadre de masquage (palette) ou CMS collés adaptés à la vague | Souvent la solution optimale | Envisageable pour les composants compatibles | Trop lent |
| Peu de joints THT sur une carte mixte dense | Coût de l'outillage difficile à amortir | Idéal | Efficace si les composants supportent le profil de refusion | Tolérable en très faible série |
| Composants THT thermosensibles (charge thermique de la vague proscrite) | Risqué | Préférable : apport thermique localisé | Généralement inadapté | Acceptable sous réserve de contrôle rigoureux |
| Joints à forte masse thermique (cuivre épais, broches massives) | Adapté si le préchauffage est suffisant | Adapté : temps de contact (dwell time) paramétrable par joint | Risque de remplissage insuffisant | Difficile d'obtenir un remplissage reproductible |
| Prototypes et très petites séries | Coûts fixes de calage et d'outillage trop lourds | Temps de programmation pénalisant | Nécessite une modification du pochoir | Souvent le choix pragmatique |
| Retouches et cas particuliers | Non utilisé | Possible | Non utilisé | Procédé standard |
Le brasage à la vague garantit la cadence la plus élevée dès lors que les connexions traversantes sont denses et que la face de brasage reste accessible. Le brasage sélectif s'impose dès que la face inférieure est encombrée de composants SMT ou lorsqu'il n'y a que quelques picots à braser. La page consacrée au brasage sélectif d'APT résume ainsi la logique : la vague cible une exposition globale sur des volumes conséquents, le sélectif traite des zones précises accessibles par une buse, le brasage manuel reste confiné aux retouches et exceptions, et le four de refusion traite en priorité les SMT, avec recours au pin-in-paste sur les traversants éligibles.
La plupart des guides se limitent à comparer deux procédés. Cette synthèse en confronte quatre — incluant le pin-in-paste et le soudage manuel — pour définir la stratégie d'assemblage adaptée à chaque composant d'une carte mixte.
Pour approfondir les compromis entre ces solutions, consultez les principes fondamentaux du brasage traversant.
Cartes mixtes et cadres de brasage (palettes)
En présence de composants SMT en face inférieure, le passage direct à la vague submergerait ces boîtiers. Deux approches permettent de contourner ce problème : coller les petits passifs SMT au préalable (en adaptant l'orientation et le dessin des pads pour la vague), ou installer le circuit dans un cadre de masquage (palette en matériau composite) protégeant les SMT et ne laissant des ouvertures qu'au droit des picots traversants. Le guide des cadres et outillages de brasage à la vague détaille les règles de conception et les dégagements nécessaires.
Règles de conception pour le brasage à la vague
Le routage détermine l'essentiel du rendement de fabrication en brasage à la vague. Ces règles générales doivent systématiquement être validées lors de la revue DFM avec l'assembleur, selon sa ligne et ses cadres de brasage.
- Orientez les connecteurs et composants multipôles pour que leurs rangées soient alignées de manière cohérente avec le sens de convoyage, défini en accord avec l'assembleur. L'alliage s'évacuant au niveau de la dernière broche de la rangée, c'est à cet endroit précis que les ponts apparaissent.
- Ajoutez des pastilles de décharge (solder thieving pads) en bout de rangée traversante à pas fin lorsque l'assembleur le préconise, afin de drainer l'excès d'alliage hors de la dernière broche.
- Maintenez la longueur de dépassement des sorties sous la carte dans la tolérance définie par votre norme d'acceptabilité et l'assembleur. Des broches trop longues entraînent la brasure et forment des stalactites ; des broches trop courtes compromettent la formation du ménisque.
- Dimensionnez le perçage métallisé par rapport à la broche avec un jeu adapté à la remontée capillaire dans le canon, sans jeu excessif empêchant son remplissage complet.
- Intégrez des freins thermiques (thermal reliefs) sur les broches traversantes reliées à des plans de masse ou d'alimentation. Une liaison directe draine la chaleur et bloque la remontée de la brasure dans le trou métallisé.
- Évitez de placer des composants SMT hauts côté face inférieure directement en amont des broches traversantes dans le sens de défilement. Ils créent un effet d'ombre sur la vague et génèrent des manques de brasure (skips).
- Limitez les composants SMT collés en face inférieure exposés à la vague aux boîtiers et aux orientations qualifiés par l'assembleur.
- Réservez les marges de convoyage sur les bords et positionnez les trous de centrage selon les spécifications de l'assembleur, ou prévoyez des bandes de rive sur le flan (panel rails).
Défauts courants en brasage à la vague : ponts, stalactites, soufflures et impact de l'état du flux
| Défaut | Aspect visuel | Causes fréquentes |
|---|---|---|
| Pontage (court-circuit) | Brasure reliant des broches adjacentes | Orientation des broches par rapport à la vague, absence de thieving pad, quantité de flux insuffisante, temps de contact inadéquat, dépassement de broche excessif |
| Remplissage insuffisant du trou | La brasure ne remonte pas entièrement dans le canon | Préchauffage trop faible, dissipation thermique dans les plans internes, mauvaise couverture de flux, temps de contact trop court, jeu broche/trou trop serré |
| Manques de brasure (joints ouverts) | Pad totalement dépourvu de brasure | Effet d'ombre causé par les composants voisins, flux n'atteignant pas la plage d'accueil, poches de gaz piégées |
| Stalactites (pointes de brasure) | Pointes de soudure résiduelles sous les broches | Sorties de broches trop longues, température du bain trop basse, bain de brasure contaminé |
| Billes de soudure | Petites sphères dispersées sur le PCB ou le solder mask | Solvants de flux non évaporés entrant dans la vague, état de surface du vernis, excès de flux déposé |
| Soufflures et piqûres (blowholes / pinholes) | Cavités ou micro-vides visibles dans le ménisque | Humidité ou dégazage s'échappant de la paroi du trou, défauts de métallisation |
| Soulèvement de composant | Composant repoussé hors de la surface supérieure | Pression excessive de la vague, absence de maintien mécanique, broches non cambrées |
Avant d'ajuster les paramètres machine, analysez la répartition des défauts. Des ponts systématiques sur un même connecteur indiquent un problème d'orientation ou d'absence de thieving pads. Un remplissage incomplet localisé uniquement sur les broches de masse met en cause les freins thermiques (thermal reliefs). Des manques aléatoires orientent vers un problème d'application du flux ou un effet d'ombre.
Ce récapitulatif associe chaque défaut aux conditions réelles d'activation et de dépôt du flux, permettant d'adapter directement le procédé en amont plutôt que de multiplier les retouches manuelles.
Éléments à fournir pour un devis de brasage à la vague
- Fichiers ODB++ ou Gerber, BOM, fichier de placement et plan d'assemblage identifiant clairement les composants traversants (THT)
- Épaisseur du circuit imprimé, épaisseurs de cuivre et identification des broches reliées à des plans thermiques massifs
- Implantation SMT en face inférieure (bottom), permettant à l'assembleur de choisir entre collage, palette de masquage ou brasage sélectif
- Spécifications des connecteurs, finition des sorties et longueur de dépassement des broches
- Restrictions sur l'alliage d'apport et le flux, avec précision sur les opérations requises de nettoyage ou de conformal coating
- Classe d'acceptabilité (IPC-A-610 Class 2 ou Class 3) et exigences spécifiques de remplissage des trous au-delà de la norme
- Tailles de lot et volumes prévisionnels, indispensables pour évaluer la rentabilité d'un outillage pour palettes dédiées
La page consacrée au brasage sélectif d'APT exige les mêmes données d'entrée fondamentales pour le montage THT : spécifications des connecteurs, finition et dépassement des broches, épaisseur du PCB et détails de distribution du cuivre, contraintes d'alliage et de flux, exigences de nettoyage ou de coating, ainsi que les livrables d'inspection et de test requis.
Pourquoi choisir APTPCB pour le brasage traversant ?
APT arbitre entre brasage à la vague, brasage sélectif, pin-in-paste et brasage manuel dès la revue d'ingénierie, en fonction du routage du PCB, de la nomenclature et des volumes de production. Le procédé THT est qualifié avec un contrôle rigoureux de l'insertion, du fluxage, du préchauffage, de la température du bain, du temps de contact (dwell time) et de l'inspection finale. Chaque profil thermique est consigné dans la fiche suiveuse (traveler), aux côtés des rapports SPI, AOI et des PV d'essais.
Normes et référentiels applicables :
- IPC J-STD-001 : exigences relatives aux assemblages électriques et électroniques brasés
- IPC-A-610 : critères d'acceptabilité des assemblages électroniques, incluant le taux de remplissage des trous traversants
- IPC-7530 : guide d'établissement des profils thermiques pour les procédés de brasage de masse
- IPC J-STD-004 : exigences de classification et de caractérisation des flux de brasage
Foire aux questions
À quoi sert le brasage à la vague ?
Le brasage à la vague sert à braser des composants traversants tels que connecteurs, borniers, transformateurs et relais en une seule passe. Il permet également de braser de petits composants montés en surface collés sur la face inférieure si le routage du PCB a été prévu à cet effet.
Quelles sont les étapes du procédé de brasage à la vague ?
Le procédé comprend quatre étapes : l'application du flux sur la face inférieure de la carte, le préchauffage du circuit, le passage de la face inférieure sur une ou deux vagues d'alliage en fusion, puis le refroidissement et la solidification des joints. L'inspection et, si nécessaire, le nettoyage viennent ensuite.
Quelle est la différence entre brasage à la vague et brasage par refusion ?
Le brasage à la vague amène l'alliage en fusion via une vague sur la face inférieure du PCB et s'utilise principalement pour les composants traversants. Le brasage par refusion fait fondre la pâte à braser (solder paste) déposée sur les pads avant l'insertion des composants et s'adresse aux composants montés en surface (SMT). Les cartes mixtes combinent souvent une étape de refusion préalable suivie d'un brasage à la vague ou sélectif.
Quand privilégier le brasage sélectif par rapport au brasage à la vague ?
Privilégiez le brasage sélectif lorsque la face brasée comporte des composants montés en surface qu'une palette d'épargne ne peut pas protéger, lorsque seuls quelques points traversants doivent être brasés, ou si certaines brasures exigent un profil thermique et un temps de contact dédiés. La vague reste plus rapide dès lors qu'un grand nombre de broches traversantes sont accessibles en face inférieure.
Quelles sont les causes des ponts de soudure au brasage à la vague ?
Les ponts de soudure proviennent généralement de l'orientation des broches par rapport au sens de défilement de la vague, de l'absence de pastille d'évacuation (solder thieving pad) en bout de rangée, d'un fluxage insuffisant ou hétérogène, de sorties de broches trop longues ou d'un mauvais réglage de la hauteur d'immersion. La répartition spatiale des ponts sur la carte permet d'en déterminer la cause directe.
Les composants SMT peuvent-ils passer au brasage à la vague ?
Certains le peuvent. De petits composants passifs collés en face inférieure, avec des pads et une orientation adaptés à la vague, sont fréquemment brasés de cette manière. En revanche, les circuits intégrés fine-pitch, les BGA et les boîtiers à terminaisons inférieures ne doivent jamais entrer en contact avec la vague : ils sont montés par refusion puis protégés par une palette d'épargne, ou bien assemblés par brasage sélectif.
Checklist pour devis de brasage à la vague
Utilisez cette liste lors de vos demandes de chiffrage pour un assemblage par brasage à la vague ou en technologie mixte.
- Mix THT et SMT sur la même carte : préciser le ratio THT/SMT approximatif
- Brasage à la vague simple face ou double face : préciser la configuration
- Procédé : brasage à la vague, brasage sélectif ou pin-in-paste (à spécifier par zone)
- Palette ou cadre de brasage requis O/N, et définir qui le fournit
- Température du bain : cible à 250 ±5 °C ou spécifier votre profil
- Zones de préchauffage : 3, 4 ou 5 zones (à préciser)
- Type de flux : no-clean, base colophane (rosin) ou hydrosoluble (à préciser)
- Plage de diamètres de perçage compatible : 0.8–1.5 mm (confirmer l'adéquation de tous les composants THT)
- Évaluation du risque de pontage requise O/N ; signaler les orientations critiques de composants
- Taux de défauts cible (ponts et sorties de broches) ou niveau DPMO de référence
- Classe d'acceptabilité IPC-A-610 : Classe 1, 2 ou 3
- Retouche autorisée et méthode retenue : brasage manuel ou sélectif
- Inertage sous azote requis O/N
Choisir le procédé traversant dès la conception
Le brasage à la vague est particulièrement efficace lorsque le circuit est conçu pour : des liaisons traversantes accessibles sur une seule face, une orientation cohérente des broches, des freins thermiques sur les pastilles reliées aux plans et une implantation maîtrisée des CMS en face inférieure. Validez ces choix dès le routage, pas après le premier prototype, puis faites confirmer par l'assembleur la méthode appliquée à chaque composant : vague classique, brasage sélectif, pin-in-paste ou reprise manuelle.