La taille compte : les effets de la taille de la poudre à souder sur les performances de la pâte à souder

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Abstrait

La taille de la poudre de soudure est un sujet populaire dans l'industrie électronique en raison de la tendance continue à la miniaturisation de l'électronique. La question fréquemment posée est : "Quand devrions-nous passer du type 3 à une poudre à souder plus petite ?" La taille de la poudre à souder est généralement choisie en fonction des exigences d'impression de la pâte à souder. Il est courant d'utiliser des poudres à souder IPC de type 4 ou 5 pour les conceptions de pochoir qui incluent des rapports de surface inférieurs à la limite IPC recommandée de 0,66. Les effets de la taille de la poudre à braser sur l'imprimabilité de la pâte à braser ont été bien documentés.

La taille de la poudre à souder affecte les performances de la pâte à souder d'autres manières. La durée de conservation, la durée de vie du pochoir, les performances de refusion, le comportement de vide et la réactivité/stabilité sont tous affectés par la taille de la poudre de soudure. Des tests ont été effectués pour mesurer chacun de ces attributs de performance de pâte à souder pour les poudres à souder IPC Type 3, 4, 5 et 6 SAC305 dans les pâtes à souder solubles dans l'eau et sans nettoyage. Les données de performance pour chaque taille de poudre à braser dans chaque flux de pâte à braser ont été quantifiées et résumées. Des conseils pour choisir la taille optimale de la poudre de soudure sont donnés sur la base des résultats de cette étude.

Introduction

Questions de taille. Cette simple déclaration est vraie pour beaucoup de choses dans la vie. Les petites mains sont meilleures pour envoyer des SMS rapidement. Les personnes de grande taille sont meilleures pour jouer en ligne offensive ou défensive dans la ligue nationale de football. Les anticorps sont microscopiquement petits mais ils jouent un rôle clé dans notre santé et notre bien-être. Qui ne veut pas une grande tasse de café (Figure 1) ?

Figure 1:Questions de taille.

La taille compte également dans le monde de la pâte à souder. La taille de la poudre à souder utilisée dans une pâte à braser a un effet sur les performances de la pâte à braser. Les tailles de poudre à braser sont classées par type dans la norme IPC J-STD-005 (exigences pour les pâtes à braser) [1]. Le tableau 3-2 détaille les plages de tailles de poudre de soudure pour chaque type, et un extrait est présenté dans le tableau 1.

La principale plage granulométrique est normalement associée au type. Par exemple, la poudre de soudure de type 3 se situe principalement dans la plage de tailles de 25 à 45 µm ; par conséquent, la pâte à souder de type 3 peut être étiquetée comme "Type 3 (25–45 µm)". La figure 2 montre les tailles de poudre de soudure de types 3, 4, 5 et 6.

Tableau 1:Taille de la poudre de soudure (adapté du tableau 3-2 de l'IPC J-STD-005A).

Pourquoi utiliser de la poudre à souder de type 4, 5 ou 6 plutôt que de type 3 ? La principale raison d'utiliser des poudres à souder plus petites dans la pâte à braser est d'améliorer l'imprimabilité des composants miniatures. Au fur et à mesure que la taille de la poudre à souder diminue, les pâtes à souder peuvent être imprimées à travers des ouvertures de pochoir plus petites. Si la règle des "5 billes" est suivie à partir de la norme des directives de conception de pochoir IPC-7525 [2], alors la taille d'ouverture minimale à travers laquelle l'impression peut se produire peut être calculée pour chaque taille de poudre de soudure [3]. Ces calculs pour la taille d'ouverture minimale ont été effectués en utilisant cinq fois la taille maximale de poudre de soudure de la gamme principale (tableau 2).

Figure 2:Poudres à souder IPC Type 3, 4, 5 et 6.

De manière générale, la pâte à souder de type 3 peut être utilisée pour des composants allant jusqu'à la taille de boîtier impérial 0402. La plupart des utilisateurs de pâte à souder préfèrent la pâte à souder de type 4 pour les composants impériaux 0201, micro BGA et similaires. La pâte à souder de type 5 est utilisée pour des applications de soudure encore plus petites comme les composants impériaux 01005 [4] ou lorsque la pâte à souder de type 4 n'imprime pas correctement. Les pâtes à souder de type 5 et 6 sont utilisées pour les applications de distribution, telles que l'impression par jet. La pâte à souder de type 6 est également utilisée pour d'autres applications ultra-fines [5 & 6].

Tableau 2:Taille de la poudre à souder et taille minimale de l'ouverture du pochoir pour l'impression à l'aide de la règle des 5 boules.

Outre les capacités d'impression offertes par les poudres de soudure plus petites [7], d'autres changements de performances se produisent lorsque des poudres de soudure plus petites sont utilisées. Le pochoir et la durée de conservation des pâtes à souder peuvent être raccourcis lors de l'utilisation de poudres à souder plus petites. Les poudres de soudure plus petites ont un potentiel plus élevé de bouletage et de grignotage aléatoires de la soudure. Le comportement de vide peut également être affecté par une modification de la taille de la poudre de soudure. L'objectif de cette étude est de quantifier les performances des poudres à braser IPC Type 3, 4, 5 et 6 SAC305 (Sn / Ag 3,0 % / Cu 0,5 %) dans les pâtes à braser solubles dans l'eau et sans nettoyage. Les données expérimentales pour chaque pâte à braser sont comparées et contrastées, et des recommandations pour l'utilisation optimale de chaque pâte à braser sont données.

Méthodologie

Superficie de la poudre de soudure et réactivité

Tableau 3:Taille et surface de la poudre de soudure pour une masse de 1 Kg.

Lorsque la taille de la poudre de soudure diminue, la surface de la poudre de soudure augmente pour une masse donnée (tableau 3) [8]. Ces surfaces ont été calculées en utilisant la valeur médiane dans la gamme principale de tailles de particules.

La surface de la poudre de soudure est importante car elle joue un rôle dans la réactivité de la poudre de soudure. Lorsque la surface augmente, la vitesse de réaction augmente. Imaginez essayer de dissoudre un cube de sucre dans une tasse d'eau. Il faut du temps et beaucoup d'agitation pour que le sucre se dissolve complètement. Si la même masse de sucre granulé est mélangée dans une tasse d'eau, elle se dissout beaucoup plus rapidement.

Pour lire l'article complet, paru dans le numéro de juillet 2019 du magazine SMT007, cliquez ici.