Aperçu de la fabrication: principes et précautions de la soudure par refusion

La soudure par refusion (Reflow Soldering) est une étape clé dans le processus d'assemblage électronique. Elle permet d'assurer une liaison solide entre les composants électroniques et la carte PCB (Printed Circuit Board – carte de circuit imprimé). Cet article vous aide à mieux comprendre le principe de fonctionnement de cette technologie et son importance dans l'amélioration de la qualité produit et de l'efficacité de production.

Qu'est-ce que la soudure par refusion?

La soudure par refusion, aussi appelée simplement refusion, est une technique utilisée en technologie de montage en surface (SMT) pour fixer les composants électroniques sur les circuits imprimés.
Elle utilise un flux d'air chaud pour faire fondre et refondre la pâte à braser à haute température, formant ainsi des joints de soudure solides.

(Four de refusion)

Équipements courants de soudure par refusion

Soudure à air chaud:

Utilise principalement des fils chauffants pour générer la chaleur, avec une circulation d'air chaud couche par couche à l'intérieur du four. Ce système permet une température uniforme, contrôlable et assure une bonne stabilité des soudures.

(Soudure à air chaud)

Soudure sous azote:

Basée sur la soudure à air chaud, de l'azote est ajouté pendant le chauffage pour réduire l'oxygène présent dans le four.
Cela évite l'oxydation des broches des composants pendant la soudure, améliore le mouillage de la soudure, réduit les bulles dans les joints et renforce la fiabilité des connexions.

(Soudure à refusion sous azote)

Principe de fonctionnement de la refusion

La pâte à braser se dilate et se contracte sous l'effet de la chaleur. En utilisant cette propriété, la pâte appliquée sur les pads du PCB est chauffée jusqu'à devenir liquide, puis crée une liaison permanente entre les broches du composant et les pastilles du PCB au moment du refroidissement.

Les quatre zones de température d'un four à refusion

Un four de refusion est divisé en quatre zones: préchauffage, équilibrage (soak), refusion, et refroidissement.
Chaque zone joue un rôle spécifique et est réglée à une température différente.

(Schéma des quatre zones de refusion)

Zone de préchauffage (60 °C - 130 °C):

Elle permet de chauffer progressivement la carte PCB et les composants. Un réchauffement trop brutal pourrait créer un choc thermique, endommageant le circuit ou les composants. Le préchauffage favorise l'évaporation de l'humidité et des éléments volatils de la pâte, réduit la formation de bulles et prépare la soudure des étapes suivantes.

Zone d'équilibrage (120 °C - 160 °C):

Elle assure que l'humidité restante dans les pastilles et les broches est complètement éliminée. Elle permet également d'uniformiser la température entre le PCB et les composants avant l'entrée dans la zone de refusion, évitant les défauts liés aux écarts thermiques.

Zone de refusion (~245 °C):

Étape centrale du processus: la température augmente rapidement jusqu'à la température de fusion de la pâte à braser (dépend du type de pâte). La soudure fond, se répand entre les pastilles et les broches, assurant un mouillage optimal. L'action capillaire attire la soudure dans les interstices, assurant une liaison solide.

Zone de refroidissement

Le refroidissement rapide solidifie les joints de soudure, créant une liaison métallique stable et durable.
Il est essentiel de contrôler la vitesse de refroidissement pour éviter les tensions thermiques et fissurations.

Zone de refroidissement : La zone de refroidissement refroidit rapidement la température de la soudure pour solidifier et former une jointure métallique stable. Lors de l'entrée dans la zone de refroidissement, la température baisse rapidement et, à mesure que la soudure refroidit et se solidifie, une connexion permanente se forme entre les broches du composant et les pastilles. (La vitesse de refroidissement doit être contrôlée pour éviter le stress thermique dû à un refroidissement trop rapide.)

La température du four de refusion doit être déterminée par le point de fusion de la pâte à souder, qui varie en fonction du type de soudure utilisé. Par exemple, la pâte à souder basse température fond autour de 138°C, nécessitant une température du four de refusion d'environ 180°C ±5°C ; la pâte à souder moyenne température fond autour de 178°C, nécessitant une température d'environ 215°C ±5°C ; la pâte à souder haute température fond autour de 217°C, nécessitant une température d'environ 245°C ±5°C.

En général, pour garantir une fusion complète de la pâte à souder et obtenir de bons résultats de soudure, la température du four est réglée légèrement au-dessus du point de fusion de la pâte à souder.

Précautions à prendre

Soudure double face:

Pour les PCB double face, on soude d'abord la face comportant le moins de composants ou les plus petits.
Après refroidissement, on soude l'autre face. Pendant la deuxième passe, la chaleur peut ramollir les soudures de la face opposée, causant la chute des composants lourds. Il est donc recommandé de placer les composants les plus volumineux du même côté, et de souder cette face en premier.

(PCB avec composants volumineux)

Tolérance thermique des composants:

Il faut choisir une pâte à braser adaptée à la tolérance thermique des composants, en veillant à ce que la température de fusion reste dans les limites acceptables.

Espacement entre pastilles:

En raison de la tension de surface de la soudure, un espacement trop réduit peut provoquer des ponts de soudure.
Il est recommandé de maintenir un espacement d'au moins 0,3 mm entre les pads.

(Pastilles avec un espacement réduit)