I. Analyse des causes profondes des vides

Les vides sont essentiellement des gaz piégés dans la soudure fondue pendant le processus de soudure, qui ne parviennent pas à s’échapper avant la solidification. Les gaz proviennent principalement de :

Substances volatiles dans la pâte à souder : produits de la soudure et des activateurs en flux de décomposition.

Plaquettes PCB/composants : Gaz libérés des couches de traitement de surface (telles que l’OSP, le placage d’or électronon) lors du chauffage, ou l’humidité dans les microporos des tampons.

Soudure elle-même : Gaz dissous lors de la fusion.

Pour les dispositifs « modules » (tels que BGA, QFN), leurs caractéristiques structurelles (grande surface, plusieurs broches, tampons de dissipation thermique centrale) rendent la ventilation des gaz plus difficile, rendant les problèmes de vide particulièrement marqués.

II. Solutions d’amélioration systématique : contrôle complet du processus de la « source » à la « sortie »

L’amélioration des vides nécessite de suivre la méthode d’analyse « 4M1E » (Homme, Machine, Matériau, Méthode, Environnement).

1. Contrôle des matériaux

**Sélectionnez la pâte à souder à faible vide :** Spécifiez clairement les exigences de faible vacuité au fournisseur. Ce type de pâte à souder possède un système de flux optimisé, un débit de ventilation progressif et crée une tension superficielle propice à l’évacuation du gaz.

**Contrôler strictement le stockage et l’utilisation de la pâte à souder :** Réfrigération et réchauffement : Le processus de « réfrigération -> réchauffement complet (4-8 heures) -> remuage » doit être suivi. Une pâte à souder insuffisamment chaude absorbera le condensat, provoquant une vaporisation violente et créant de nombreux vides lors du reflux.

**Contrôle environnemental :** La température et l’humidité de l’atelier doivent être contrôlées dans la plage spécifiée (par exemple, 22-28°C, 40-60 % d’humidité hydratante) afin d’empêcher la pâte à souder d’absorber l’humidité.

2. Optimisation de la conception des pochoirs (l’une des mesures les plus critiques)

Pour les modules équipés de tampons centraux de dissipation de chaleur, la conception du pochoir est un facteur décisif.

**Augmenter le volume de la pâte à souder :** Augmenter de manière appropriée l’ouverture du pochoir pour augmenter le volume d’impression de la pâte à souder, créant ainsi plus d’espace pour la fuite des gaz. Cependant, il faut trouver un équilibre pour éviter le pont.

Ouvertures en maille/segmentées : Pour les grandes plaques centrales des plateaux QFN/LGA, évitez d’utiliser une ouverture unique et continue. Utilisez plutôt un « réseau maillé » ou un design de « segmentation croisée » pour diviser la grande plateforme en plusieurs zones plus petites. Cela rompt l'« effet d’étanchéité » de la pâte à souder, créant des canaux d’évacuation pour les gaz.

Pochoirs à échelons : Pour les cartes à assemblage mixte (contenant de grands modules et de petits composants), utilisez des pochoirs épaissis localement dans les zones correspondantes des modules afin d’augmenter la quantité de pâte à souder dans ces zones.

Gardez le pochoir propre : nettoyez régulièrement et soigneusement le bas du pochoir et des ouvertures pour éviter que la pâte à souder ne bouche les canaux d’évacuation.

3. Processus d’impression et de montage

Assurez la qualité d’impression : Assurez-vous d’une épaisseur d’impression uniforme, des contours nets et l’absence de soudure ou de pointes insuffisantes. Une mauvaise forme d’impression affecte le flux de soudure en fusion et la ventilation des gaz.

Optimisez la pression de montage et la précision : une pression de montage excessive comprimera trop la pâte à souder, obstruant potentiellement les canaux d’évacuation préfabriqués (comme les espaces dans les ouvertures en maille).

4. Optimisation du profil de reflow (le contrôle du procédé principal)

Le profil de refusion est la « vanne principale » pour contrôler les vides. Son principe fondamental est de permettre à la libération des volatils aussi doucement que possible avant que la soudure ne fonde.

Prolongez le temps de préchauffage : Prévoyez une rampe ou plateau de température douce (par exemple, 60 à 120 secondes de 150°C à 183°C) pour permettre aux composants solvants et à point d’ébullition bas dans le flux de s’évaporer complètement et lentement. C’est l’une des méthodes les plus efficaces pour réduire les vides.

Évitez le chauffage rapide : Des débits de chauffage excessivement rapides (>3°C/s) provoquent une ébullition violente du solvant, générant et piégeant de nombreuses bulles.

Température de pointe appropriée et temps de reflux : Assurez-vous que la température maximale est suffisante (généralement 20 à 40°C supérieure au point de fusion de l’alliage) et qu’il y a suffisamment de temps au-dessus de la ligne liquidus pour permettre à la soudure fondue de couler et de fusionner, permettant aux bulles de monter et de se rompre.

Protection contre l’azote : Remplir le four de reflux avec de l’azote (teneur en oxygène) <1000ppm) reduces the surface tension of the molten solder, improving its fluidity and making it easier to expel air bubbles.

5. Conception de circuits imprimés et composants

Conception des plaques de circuit imprimé : Évitez de placer des vias trop grands ou des trous aveugles directement sous les patins, car ces trous deviennent des « réservoirs » de gaz.

Soudabilité du module : Assurez-vous que les boules ou tampons de soudure du module ont un bon blindage, exempts d’oxydation et de contamination.

6. Solution ultime : soudure par refusion sous vide

Pour les applications nécessitant des rapports de vide extrêmement faibles (par exemple, <1%), such as automotive electronics and aerospace, vacuum reflow soldering is currently the most effective technology.

Principe : Lorsque la soudure est à l’état fondu, la cavité du four est évacuée dans un vide élevé (par exemple, en dessous de 10⁻² mbar), utilisant la différence de pression pour extraire de force les bulles d’air de la soudure.

Effet : Réduit significativement, voire élimine les vides, particulièrement efficace pour les modules à forte capacité thermique.

III. Organigramme d’action d’amélioration

Recommandations prioritaires

Actions immédiates : Vérifiez les disques de réchauffement et de remuage de la pâte à souder ainsi que les courbes de zone de préchauffage à refusion. C’est le problème le plus courant et le plus facile à corriger. Points d’amélioration à mi-terme : Concentrez-vous sur la révision et l’optimisation du design du pochoir, en particulier le schéma d’ouverture pour les grandes surfaces de pads. Investissements à long terme : Si les exigences de fiabilité du produit sont extrêmement élevées, évaluez le retour sur investissement de l’introduction d’équipements de protection contre l’azote ou de soudure par dépression.

Rappelez-vous : l’amélioration des vides est un projet systématique qui nécessite une investigation étape par étape et une vérification patiente. L’analyse du schéma de distribution des vides par des coupes transversales à rayons X est la manière la plus directe de localiser la cause profonde.