300 – Le Brasage des Cartes électroniques (Refusion – vague – manuel)

Description

PUBLIC CONCERNÉ

Techniciens et ingénieurs concernés par les procédés de brasage des cartes électroniques.

OBJECTIFS

• Améliorer les connaissances théoriques sur les principales techniques de brasage en alliage plombé ou sans plomb (RoHS).
• Mise en pratique.

PRÉREQUIS

• Savoir lire, écrire et compter, avoir une bonne vision, maîtriser les unités de base géométriques et métriques.
• Niveau minimum BAC, BAC+2 ou fortes expériences pratiques des procédés.
• Il est demandé d’avoir vu fonctionner des lignes de fabrication de cartes électroniques et de maîtriser le vocabulaire général à défaut d’avoir déjà travaillé sur les procédés.

MOYENS PÉDAGOGIQUES

• Animation par vidéo projection, photos et vidéos.
• Support PDF imprimable disponible en téléchargement avant la formation (résumé du cours, courbes thermiques, diagrammes, photos).

ÉVALUATION DES ACQUIS

• QCM de 20 questions à livre fermé en début et en fin de stage.
• Le niveau de réussite de la formation est conditionné à un score minimum : obtention de la moyenne lors du QCM final.

PROGRAMME

Ce stage propose une présentation des équipements présents à IFTEC (700 m2 d’ateliers) ainsi que l’utilisation par les stagiaires de certains de ces équipements.

1 – GÉNÉRALITÉS SUR LE BRASAGE

• Les référentiels de base IPC : J-STD-001, IPC-A-610, IPC-7711/7721.
• Définition et terminologie du brasage tendre.
• Les conditions de réalisation d’un joint brasé (compatibilité matériaux, aspect thermique, propreté des surfaces).
• Descriptifs des structures métallurgiques d’interface : les différents composés intermétalliques et comment ils se forment ; Impact du procédé sur les épaisseurs obtenues.
• La mise en température et les différents modes de transfert thermique (conduction, convection, rayonnement).
• Les manipulations des cartes électroniques et leurs impacts.
• Définition de la brasabilité et du mouillage. Notions d’angle de mouillage et de tensions interfaciales. Présentation du méniscographe.
• Les alliages sans plomb et plombés, ce qu’a entrainé la directive RoHS. Codification, classification (J-STD-006, NFC 90550), propriétés, phénomènes de dissolution et de démétallisation quels sont les risques, cas du dédorage des composants, suivi des bains. Structures métallurgiques internes (diagrammes de phase, eutectique).
• Les flux de brasage (rôles, classification selon J-STD-004, efficacité). Les risques liés aux résidus de flux. Flux avec ou sans nettoyage (no-clean). Les mesures de contamination ionique. Les essais environnementaux de qualification (test SIR, test Bono).

2 – LES CIRCUITS IMPRIMÉS

• Les différents types de matériaux des circuits imprimés stratifiés (résines, armature, classification Nema).
• Les caractéristiques Thermomécaniques (CTE, Tg) et les problématiques de déformation des circuits.
• Influence et risques liés à l’absorption d’humidité ; l’étuvage des circuits.
• Les différentes finitions possibles (OSP, HASL, ENIG, Sn et Ag chimique) : rôles et exigences selon les procédés.

3 – LE BRASAGE PAR REFUSION

• Les composants CMS : présentation des principales familles de composants.
• La crème à braser :
  – Composition (alliage et flux), granulométrie, critères de choix.
  – Caractéristiques rhéologiques, importance de la viscosité et facteurs l’influençant (température, agitation).
  – Pouvoir collant (TACK).
  – Conditions de mise en oeuvre selon le type de crème et de conditionnement, conservation des crèmes.
• Les différents modes de dépose de la crème à braser :
  • Dépose par seringue : systèmes pneumatiques, systèmes volumétriques à vis d’Archimède.
  • Dépose par sérigraphie :
    – les différents outils de dépose (pochoir suspendu et auto tendu).
    – la réalisation des ouvertures (découpe laser INOX et Nickel ; électroformage Nickel).
    – principe des règles de dimensionnement des ouvertures (exemple avec IPC7525 et autre).
    – les paramètres de sérigraphie : hors contact, pression des racles, angle des racles, vitesse des racles, temporisation avant démoulage, vitesse de démoulage…
    – mesure des épaisseurs de crème et systèmes d’AOI 2D ou 3D (Solder Paste Inspection)
    – origines et remèdes des problèmes de sérigraphie (microbillage, perlage ou MSCB, tombstoning…).
    – cas des systèmes à tête d’impression (PROFLOW ou REHOPOMPE)
  • Dépose par jet de crème : principe, avantages et limitations de ces systèmes.
• Le placement des composants montés en surface : les différents types de machines, les principes de pose de composants et notion de capabilisation machine.
• La refusion en four :
  – La crème : fonctionnement de la crème dans le four (fusion, coalescence). Notion de cycle thermique.
  – Mise en température d’une carte câblée, phénomènes de transfert thermique, conduction, effet d’ombre conséquence sur la programmation du four.
  – Exigences de la J-STD-001.
  – Impact composants (sensibilité thermique, dilatation, déformation).
  – Les problématiques de gestion MSL des boitiers en plastique (J-STD-020 et J-STD-033) ; étuvage, conditionnement et stockage des composants sensibles à l’humidité (dry pack, armoire sèche).
  – Fixation des thermocouples (présentation simple IPC-7530).
  – Profils thermiques : principe détaillé de l’élaboration de profil : avec palier, montée linéaire, autres profils intérêt et rôle des différents types de profil (présentation simple IPC-7530).
  – Compatibilité des fours vis à vis du sans plomb.
  – Cas de la double refusion, impact sur la conception et sur le procédé.
  – Cas de la refusion en phase vapeur. Principe, particularités du procédé.
  – Origines et remèdes des problèmes de refusion (microbillage, perlage (MCSB), effet tombstoning, voids…).

4 – LE BRASAGE A LA VAGUE

• Présentation des principales familles de composants. Les problématiques de mise en forme des terminaisons et les
  problématiques de pose. Tenue thermique des composants (J-STD-075).
• Préalable machine : définitions des réglages, paramètres et principe de la recherche d’optimum.
• Détails des différentes fonctions à réaliser :
  – Le fluxage : différents types de fluxeurs (mousse, spray), mesure de la quantité déposée, contrôle du flux.
  – Le préchauffage : principe de la mise en température des cartes, importance de la conception et du câblage des cartes, moyens d’action sur les courbes de mise en température. Comportement du flux pendant le préchauffage, conséquences sur la qualité du joint et sur le réglage du préchauffage. Optimisation.
  – La vague : réglage du RPM optimum, réglage de la plaque arrière, optimisation de la bande de contact, procédure de paramétrage, contrôles et enregistrements, profils thermiques. Comment aborder les problèmes de mauvaises remontées dans les trous métallisés. Comment limiter les courts circuits de brasage.
  – Les différentes options possibles sur une vague.
  – Intérêt de l’inertage à l’azote.
• Brasage des CMS à la vague :
  – Influence de la présence des CMS sous un circuit imprimé.
  – Importance de la conception : implantation des CMS, dimensionnement des plages, plages de purges…
  – Adaptation de la vague : doubles vagues, vagues turbulentes. Cas de la buse Worthmann.

5 – LES PROCÉDÉS DE BRASAGE SÉLECTIF

• Brasage sélectif sur empreinte paramètres à prendre en compte pour la conception des cadres, impact sur les réglages machine de la vague standard.
• Systèmes minivague (monobuse) : principes de fonctionnement (dip et drag soldering), impact des règles de conception de la carte.
• Systèmes par fontaine (multibuses) : principes de fonctionnement (dip soldering).
• Les systèmes de brasage automatisé avec panne : équipement, paramètres.
• Les systèmes de brasage automatisé par laser. Principe de fonctionnement du laser, sécurité, risques associés. Contraintes associées à l’utilisation du laser. Principe de fonctionnement et équipements.

6 – LE BRASAGE MANUEL

• Les différents types de fils.
• Caractéristiques souhaitées des fers à braser.
• Les différents types de fer : fers à comparaison électronique, fers à hautes fréquences. Principes de fonctionnement.
• Le choix des pannes et principe de transfert thermique par conduction.
• Mode opératoire pour le brasage des composants traversants. Comment gérer les problèmes de mauvaises remontées dans les trous métallisés.
• Mode opératoire pour le brasage des composants CMS (Chip, Melf, pattes en aile de mouette, patte en J….). Brasage au point par point et à la traine.
• Exigences de J-STD-001.
• Débrasage de composants traversants et CMS selon l’IPC-7711/7721
• Principes de base pour le Brasage / Débrasage de boîtiers matriciels (BGA, QFN).

7 – DÉMONSTRATIONS ET MANIPULATIONS (1 journée)

• Brasage d’une carte électronique en utilisant les différents équipements disponibles à l’IFTEC :
  – Dépose de crème à braser en utilisant une machine de sérigraphie semi-automatique après en avoir optimisé les réglages et paramètres.
  – Pose de composants CMS avec un système « pick and place » manuel de type prototypiste.
  – Optimisation de profil thermique sur four à convection (utilisation d’un enregistreur de profil DATAPAQ).
  – Brasage de la carte en four SMT (4 zones).
  – Optimisation des réglages et paramètres d’une machine de brasage vague standard chargée en SAC387.
  – Insertion manuelle de composants traversants.
  – Brasage des composants traversants à la vague.
  – Contrôle visuel d’ensemble des connexions brasées.
  – Brasage et débrasage au fer de composants selon demande stagiaire et temps disponible.
  – Présentation et/ou utilisation (selon disponibilité) du contaminomètre CT100 et du méniscographe ST 60.
  – Possibilité de brasage sélectif via machine monobuse selon demande stagiaire et temps disponible.