La soudure joue un rôle central dans l'assemblage de tout ce qui va des smartphones aux commandes industrielles, en formant des connexions électriques et mécaniques solides entre les composants et les cartes de circuits imprimés (PCB).
Ce guide offre une vue d'ensemble simple pour les débutants, y compris ce qu'est la soudure, ce que fait le flux et les formes de soudure les plus courantes. Apprenez comment les techniciens utilisent ces matériaux dans les processus d'assemblage électronique tels que le soudage à la vague, le soudage par refusion et le soudage à la main.
Qu'est-ce que la soudure ?
La soudure est un alliage métallique utilisé pour assembler deux ou plusieurs surfaces métalliques. Elle se compose généralement d'un métal de base comme l'étain, combiné à de l'argent, du cuivre, du bismuth, du plomb ou d'autres métaux élémentaires.
Conçue pour fondre à une température relativement basse, la soudure permet d'assembler différentes surfaces métalliques sans les faire fondre ni endommager les autres matériaux situés à proximité, tels que les composants des circuits imprimés. Une fois refroidie, la soudure forme une liaison électrique et mécanique solide.
Dans la fabrication électronique, les techniciens utilisent le plus souvent la soudure pour connecter les composants à une carte de circuit imprimé (PCB). Cela peut se faire par soudure à la vague, à la main ou par robot, ou par impression de pâte à braser.
Le brasage dans la fabrication de produits électroniques
La soudure pour la fabrication électronique est disponible sous plusieurs formes, chacune étant conçue pour des processus spécifiques. Les formes les plus courantes sont les suivantes
- Barre de soudure: Pièce d'alliage solide, rectangulaire ou en forme de lingot, principalement destinée aux applications de soudure à la vague.
- Fil à souder: Une bobine de fil qui contient souvent un noyau de flux pour les applications de brasage manuel et robotisé.
- Pâte à soudure: Mélange d'alliage de soudure en poudre et de flux ayant la consistance d'une pâte pour les applications de montage en surface (SMT).
Qu'est-ce que le flux ?
Nous avons mentionné le mot "flux" dans la section précédente. Flux est une substance qui va de pair avec les alliages de soudure dans le processus de brasage. Il s'agit d'un agent de nettoyage chimique utilisé pour améliorer la qualité et la fiabilité du joint de soudure.
Le flux élimine les oxydes des surfaces métalliques et empêche la poursuite de l'oxydation pendant le chauffage en créant une barrière protectrice. Il permet également à la brasure fondue de s'écouler facilement et d'adhérer efficacement.
Il existe trois types principaux de chimies de flux:
- Les flux à base de colophane sont le plus souvent utilisés dans les applications militaires et aérospatiales. Les techniciens doivent généralement nettoyer les résidus laissés par ces flux après le brasage des cartes à l'aide de nettoyants spéciaux.
- Les résidus de flux solubles dans l'eau doivent également être nettoyés, mais ils sont conçus pour être nettoyés avec un simple rinçage à l'eau.
- Les flux sans nettoyage sont les plus populaires dans l'industrie. Comme leur nom l'indique, le résidu laissé par ces flux n'a pas besoin d'être nettoyé. Il est conçu de manière à pouvoir être laissé en place sans causer de problèmes de fiabilité électrique. Cependant, certains utilisateurs choisissent toujours de nettoyer les résidus de flux no clean, et il existe des produits chimiques de nettoyage spécialement conçus pour ce processus.
Le flux se présente également sous plusieurs formes. Les formes les plus courantes sont le flux liquide, le flux à noyau et le flux en pâte ou collant. Le flux liquide se présente généralement sous la forme d'un bidon et est d'aspect transparent. Il est principalement utilisé pour le soudage à la vague, où il est projeté ou pulvérisé sur une carte de circuit imprimé avant le soudage.
Le flux d'âme est un flux épais, semblable à une pâte, qui s'étend le long du centre du fil de soudure fourré. Les techniciens l'utilisent principalement dans les applications de brasage manuel et robotisé.
Le flux en pâte ou flux collant est un flux pâteux épais dont l'aspect peut varier du blanchâtre à l'ambre brun foncé. Le flux constitue la base de la pâte à braser, mais il est également disponible seul pour maintenir les composants en place au cours d'autres processus.
Barre de soudure et flux liquide pour le soudage à la vague
Le brasage à la vague est un procédé à grande vitesse pour les assemblages à travers les trous, où la vague soude les fils des composants (insérés dans les trous du circuit imprimé) par le bas. Dans cette méthode, une barre de soudure solide est fondue dans un pot chauffé pour créer une vague de soudure en fusion. Les machines enduisent d'abord les assemblages de flux liquide, puis les préchauffent et les font passer sur la vague, qui ne touche que la face inférieure de la carte.
La soudure en fusion n'endommage pas la carte ou les composants grâce à un contrôle rigoureux du processus. Les réchauffeurs réchauffent progressivement la carte avant qu'elle n'atteigne la vague, et le temps d'exposition est bref. La soudure n'adhère qu'aux patins métalliques exposés et aux fils des composants en raison de la tension superficielle et de l'activité du flux. Les techniciens utilisent principalement le brasage à la vague pour les grandes séries de circuits imprimés comportant de nombreux composants à trous traversants, tels que les blocs d'alimentation ou les commandes industrielles.
Souder avec du fil métallique : Procédés manuels et automatisés
Le fil de soudure, souvent fourré de flux, est une forme polyvalente que les techniciens utilisent pour l'assemblage manuel, la reprise ou l'automatisation sélective. Lors du brasage manuel, le technicien applique le fil directement sur le joint à l'aide d'un fer à souder chauffé, ce qui permet de contrôler avec précision l'endroit et la quantité de soudure déposée. Le flux intégré nettoie les surfaces lorsque la soudure fond, ce qui l'aide à adhérer aux plaquettes et aux fils métalliques.
Le brasage à fil automatisé utilise des équipements programmables, tels que des bras robotisés munis de pointes de brasage, pour réaliser des joints cohérents et reproductibles dans le cadre d'une production en grande ou moyenne série. Cette méthode est idéale lorsque seuls certains points d'une carte doivent être soudés ou lorsque des composants à trous traversants sont utilisés avec des pièces montées en surface.
Le brasage tendre offre flexibilité et contrôle, ce qui en fait la méthode préférée pour les prototypes, les réparations et les constructions complexes ou de faible volume.
Brasage avec de la pâte à braser
La technologie de montage en surface (SMT) est la méthode la plus courante d'assemblage de l'électronique moderne. Au lieu d'insérer les fils des composants dans des trous, les composants SMT sont placés directement sur des plots à la surface du circuit imprimé. Pour créer des connexions électriques et mécaniques, les fabricants utilisent de la pâte à braser, un mélange épais d'alliage en poudre et de flux.
Les techniciens appliquent la pâte à l'aide d'un procédé d'impression au pochoir. Ils placent sur le dessus un pochoir en acier inoxydable dont les découpes sont alignées sur la carte, et une raclette pousse la pâte à travers, remplissant les ouvertures. Lorsque le pochoir est retiré, des dépôts précis de pâte à braser restent sur les pastilles.
Une machine "pick and place" place ensuite les composants sur la pâte, qui les maintient en position grâce à son pouvoir adhésif. Un technicien envoie ensuite la carte dans un four de refusion. Ce four chauffe progressivement l'assemblage, fait fondre la soudure et forme des joints permanents en refroidissant. Le brasage CMS permet de réaliser des assemblages compacts, à haute densité et avec une excellente répétabilité. Il est essentiel pour la plupart des produits électroniques grand public et industriels modernes.
En savoir plus
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