Dans le cadre de notre réflexion sur l’optimisation du processus d’impression au pochoir (voir Partie 1, Partie 2), la nature chimique du flux, notamment la distinction entre les flux hydrosolubles et les flux « no-clean », joue également un rôle important. Les pâtes à souder sont sensibles à l’environnement auquel elles sont exposées. Les compositions hydrosolubles sont, par nature, beaucoup plus sensibles à la température et à l’humidité, car elles sont plus hygroscopiques que leurs homologues « sans nettoyage » à base de colophane ou de résine. Cette sensibilité augmente considérablement à mesure que la taille des dépôts de pâte à souder nécessaires à l’impression au pochoir ultra-fine continue de diminuer pour les composants à pas fin.
Les composés chimiques utilisés dans les flux remplissent de nombreuses fonctions complexes, notamment :
DU POINT DE VUE CHIMIQUE :
- Éliminer les oxydes de surface existants
- Favoriser le mouillage
- Transfert d'énergie thermique
- Assurer une barrière anti-oxydation (pour limiter la réoxydation pendant le refusion)
SUR LE PLAN PHYSIQUE :
- Jouer le rôle de vecteur ou de support
- Particules de poudre de soudure en suspension
- Prévoir des fixations pour maintenir les composants en place
- Laissez la pâte à souder s'étaler sur le pochoir
- Conserver la forme de l'ouverture après l'impression
- dans le domaine des formulations « sans nettoyage », elles agissent comme une couche protectrice après la refusion
Pour remplir ces fonctions, les compositions chimiques des flux intègrent certaines catégories de substances chimiques : des solvants, un ou plusieurs activateurs ou des mélanges d'activateurs, des additifs rhéologiques et, dans le cas des formulations « no-clean », des colophanes/résines. Cliquez ici pour obtenir des informations plus détaillées sur la composition chimique des flux.
Dans le cadre de cette réflexion sur l’amélioration du processus SMT, je me concentrerai uniquement sur la composante colophane/résine (ou son absence), ci-après dénommée « résine », de la composition chimique du flux. Dès la date de fabrication, avant même l’ouverture du pot ou de la cartouche, les formulations « no-clean » présentent un comportement supérieur. Les formulations à base de résine offrent : une durée de conservation plus longue lorsqu’elles sont stockées correctement, sans avoir été ouvertes et au réfrigérateur ; une durée de vie plus longue du pochoir ; un comportement plus constant au fil des changements saisonniers ; de meilleures performances globales d’impression (comme illustré ci-dessous) ; une meilleure adhérence pour maintenir les composants en place ; et une meilleure résistance à l’oxydation de la poudre de soudure pendant le processus de refusion.
Figure 1. Résultats de l'impression au pochoir.
En tant qu'ingénieur du support technique, j'ai réalisé de nombreux tests d'impression au pochoir. La figure 1 confirme les résultats d'impression au pochoir que j'ai régulièrement observés, en présentant une comparaison typique entre les performances d'impression des produits « no-clean » et celles des produits hydrosolubles. Les résines sont des substances collantes qui renforcent les propriétés d’adhérence (forces d’attraction externes, entre la pâte à souder et d’autres surfaces) et de cohésion (forces d’attraction internes, au sein même de la pâte à souder). Comme pour tout, il faut trouver un équilibre. Mais ici, la cohésion aide la pâte à souder à se détacher de l’ouverture du pochoir, à conserver sa forme et à résister à l’affaissement. La propriété d’adhérence de la pâte à souder s’exerce dès son dépôt sur le plot du circuit imprimé. L’adhérence de la pâte à souder au plot permet au dépôt de se détacher de l’ouverture du pochoir lorsque le circuit imprimé est retiré de celui-ci. Pour l’impression au pochoir ultra-fine, ces forces sont essentielles à la réussite du processus, car la surface sur laquelle la pâte à souder peut adhérer est extrêmement réduite.
Figure 2.Soluble dans l'eau, à gauche; sans rinçage, à droite.
Jusqu'ici, je pense que beaucoup seraient d'accord avec ce que j'ai dit jusqu'à présent. Mais ce que je vais dire ensuite risque d'en surprendre certains : j'irais même jusqu'à affirmer que, dans la plupart des cas, une pâte à souder « no-clean » offre de meilleurs résultats de refusion qu'une formulation hydrosoluble. Cela est particulièrement vrai pour les dépôts de pâte à souder ultra-fins, comme le montre la figure 2.
Les matériaux utilisés étaient des pâtes à souder en poudre de type 6 et des ouvertures de pochoir de 6 mil avec un pochoir d’une épaisseur de 3 mil, selon un profil de maintien à haute température. Ces conditions représentent le scénario le plus défavorable pour un environnement de refusion, mais reflètent une tendance courante lors de la comparaison entre les pâtes à souder « no-clean » et solubles dans l’eau. Les photos montrent que la pâte à souder soluble dans l’eau produit ce qui semble être un joint de soudure froid alors qu’en réalité, l’activateur était épuisé. En raison de leur très faible résistance à l’oxydation, les particules de poudre se sont oxydées et n’ont pas pu se coalescer, un phénomène appelé « graping ». La pâte à souder sans nettoyage, soumise au même profil de refusion, a quant à elle fondu et s’est coalescée assez bien.
Les résines offrent tout simplement une meilleure résistance à l'oxydation que leurs équivalents hydrosolubles. Bien qu'elles soient initialement plus efficaces pour éliminer les oxydes de surface existants, les formulations hydrosolubles n'assurent pas une protection aussi efficace contre la réoxydation pendant le processus de refusion.
Lors de notre prochaine discussion, nous examinerons la différence d'efficacité de transfert entre des ouvertures circulaires et carrées présentant le même rapport de surface.
