Réduction des ponts de soudure et des coûts de nettoyage grâce aux pochoirs nano‑revêtus

La tendance actuelle à la miniaturisation des appareils électroniques garantit que le processus d’assemblage en montage en surface continuera à poser de nouveaux défis. Les composants et les ouvertures des pochoirs deviennent de plus en plus petits et à pas plus serré. Les exigences liées au processus d’impression de la pâte à souder nécessitent des améliorations technologiques. Les nano‑revêtements pour pochoirs sont disponibles depuis de nombreuses années.

Les revêtements sont proposés sous deux formes courantes. La forme la plus courante est un revêtement liquide en plusieurs étapes, appliqué en essuyant sur le pochoir puis séché à l’air ambiant. Ce type de revêtement peut être facilement appliqué par le fabricant du pochoir ou par l’utilisateur. Une forme moins courante de nano-revêtement est le revêtement par pulvérisation, appliqué par le fabricant du pochoir. Les fournisseurs de nano-revêtements font de nombreuses promesses concernant ces produits. Voir le processus de commande d’un pochoir nano-revêtu.

Les promesses courantes sont listées ci-dessous :

- Réduction du besoin de nettoyage du dessous

- Réduction des ponts de soudure

- Amélioration du détachement de la pâte à souder

- Amélioration du rendement

Avec une épaisseur allant de 1 à 100 nanomètres, les nano-revêtements sont des couches ultra-minces ou structures chimiques appliquées sur diverses surfaces. Ils se lient chimiquement aux surfaces non poreuses. Pour mettre cela en perspective, l’épaisseur typique de peinture automobile est de 125 microns (soit 125 000 nanomètres). Ces revêtements permettent de réduire significativement les ponts de soudure et les coûts de nettoyage.

Problèmes des pochoirs traditionnels pour pâte à souder

1) Le problème des ponts de soudure

Le pont de soudure se produit lorsque l’excès de pâte connecte deux pastilles adjacentes, provoquant des courts-circuits. Cela est particulièrement fréquent pour :

- Les composants à pas fin (ex. QFN, BGA)

- Les pochoirs avec faible ratio de surface (SAR < 0,66)

Causes principales :

- La pâte colle au fond du pochoir

- Libération de pâte inconsistante

- Mauvais calage entre le pochoir et le PCB

2) Nettoyage du dessous du pochoir : coût et perte de temps

- Pratique standard : nettoyage après chaque impression

- Coûts : Fabrication ~$0,12/nettoyage, Solvant ~$0,08/nettoyage

- Total : ~$0,20 par carte

- Temps : le nettoyage interrompt l’impression et réduit le débit

Formation de la nanocouche et fonctionnement

Une monocouche auto-assemblée propriétaire de phosphonates (SAMP) peut traiter les surfaces pour leur conférer des propriétés fluxophobes. La monocouche SAMP est composée d’un acide phosphonique et d’une molécule repoussante à base de carbone:

- L’acide phosphonique réagit avec la surface du pochoir et les parois des ouvertures et crée une liaison covalente à l’interface substrat : acide phosphonique

- Le groupe carboné lié à l’acide phosphonique constitue la monocouche fonctionnelle

- La monocouche a une épaisseur de moins de 5 nanomètres

Avantages des pochoirs nano-revêtus :

- Réduction des défauts (ponts de soudure, pâte insuffisante, billes de soudure)

- Réduction de l’adhérence du flux (pâte à souder) aux ouvertures et au dessous du pochoir

- Amélioration de l’efficacité du nettoyage du pochoir par USC

- Augmentation de l’efficacité de production

- Réduction de la fréquence de nettoyage

- Permet plus de temps pour la production ou le SPI

- Réduction des coûts

Mesures et tests sur les pochoirs nano-revêtus :

Mesure de l’angle de contact :

Ceci mesure l’hydrophobicité ou l’oléophobicité d’une surface. L’hydrophobicité signifie littéralement « peur de l’eau », et l’oléophobicité « peur de l’huile ». Les nano-revêtements doivent fournir les avantages de l’hydrophobicité et de l’oléophobicité. Les flux de pâte à souder sont plus proches de l’huile que de l’eau en termes de polarité, mais peuvent avoir les propriétés des deux. Le nano-revêtement doit fournir le bénéfice de “fluxophobicité”. La fonction principale d’un nano-revêtement est de faire déperler la pâte à souder et de la libérer du pochoir. L’angle de contact est une méthode pour évaluer cette capacité “fluxophobe” du nano-revêtement.

Le nettoyage du dessous du pochoir est une pratique standard dans le processus d’impression de pâte à souder. Le nettoyage est généralement effectué après un certain nombre d’impressions. La fréquence de nettoyage dépend de la pâte à souder, des paramètres d’impression, du pochoir, du circuit imprimé et de la technologie utilisée. Dans cette expérience, l’évaluation du dessous du pochoir a été réalisée visuellement après 20 impressions sans nettoyage.

Ponts de soudure :

C’est un problème courant, et il devient de plus en plus fréquent à mesure que les composants deviennent plus petits et que le pas se réduit. Une des causes des ponts de soudure est la tendance de la pâte à souder à coller au dessous du pochoir. La pâte à souder est ensuite transférée sur le circuit imprimé suivant, provoquant un pont de soudure. La carte de test utilisée pour cette évaluation comprend un motif permettant de détecter les ponts de soudure. Ce motif a également été utilisé pour évaluer le profil des “briques” de pâte à souder au cours de 20 impressions.

Efficacité de transfert :

Le détachement de la pâte à souder est un élément clé du succès du processus d’impression de pâte à souder. L’objectif du processus d’impression est de déposer la quantité désirée de pâte à souder au bon endroit sur le circuit imprimé.

Dans cette évaluation, le détachement de la pâte à souder a été évalué en mesurant le volume de pâte à souder et en calculant l’efficacité de transfert.

L’efficacité de transfert est définie comme suit :

Exemple : L’efficacité de transfert a été mesurée dans des matrices BGA avec des ratios de surface (SAR) de 0,575 pour le BGA 0,5 mm et de 0,500 pour le BGA 0,4 mm.

Conclusion:

Les pochoirs nano-revêtus offrent un double avantage : réduire les ponts de soudure et diminuer les coûts de nettoyage des pochoirs. Les rapports de laboratoire et le retour sur investissement (ROI) des différents types de revêtements appliqués sur les pochoirs seront présentés sur la page dédiée aux pochoirs nano-revêtus. Pour l’instant, nous pouvons affirmer qu’en utilisant des nano-revêtements, les impressions restent plus propres pendant des périodes plus longues et le gaspillage de matériaux est réduit. Pour les fabricants souhaitant améliorer à la fois la qualité et l’efficacité économique, passer aux pochoirs nano-revêtus constitue une stratégie très efficace.