Dossier BRASAGE SELECTIF manque d’alliage ne permettra pas, du moins durablement, le passage de courants forts.
Les difficultés principalement rencontrées dans l’électronique de puissance lors du brasage de traversants sont les suivantes : 1. L’oxydation L’inertage permet de chasser l’oxygène lors du processus de brasage et de prévenir l’oxydation. Le procédé intervient en fonction des process d’inertage utilisés soit par suppression de l’air, soit par remplacement de l’oxygène contenu dans l’air par un gaz neutre. Ces process d’inertage sont mis en œuvre soit par le brasage en phase vapeur, soit le brasage par dépression ou encore le brasage en atmosphère saturée en azote. L’inertage permet de réduire grandement l’oxydation dans le temps et d’améliorer la brasabilité des circuits et des composants et donc la fiabilité du produit final. L’oxydation à son extrême peut fragiliser les brasures et conduire à des faux contacts voir des ruptures des joints de brasure lors de l’utilisation de courants forts. De plus le travail en atmosphère inertée limitera fortement la formation de scories au niveau du bain et le bouchage des buses. 2. Brasure sèche (fam. Soudure sèche) Lors du brasage, si le composant et le PCB ne sont pas à la même température (ou encore si des impuretés ou une oxydation sont déjà présentes avant l’assemblage), il peut y avoir une brasure sèche. Ce défaut peut être difficilement reconnaissable car un test électrique peut s’avérer concluant. Cependant avec le temps une oxydation peut intervenir entre la brasure et le PCB ou la patte du composant et causer des pannes aléatoires. Le passage d’un courant fort sur une brasure sèche peut conduire à un arc ou un claquage (rupture) net du joint brasé. 3. Une brasure froide (fam. Soudure froide) Lorsque les composants et la carte qui doivent être brasés ne sont pas à bonne température et / ou qu’au contact de l’alliage l’inertie thermique de la vague est insuffisante, l’alliage peut se figer trop rapidement. La quantité d’alliage déposée est alors trop faible pour être électriquement fonctionnelle (de manière conforme) et le joint de brasure non uniforme. Les brasures froides se reconnaissent visuellement assez facilement. Les tests électriques peuvent être concluants mais le
4. Les voids (ou micro-cavités) Ces cavités peuvent se former pendant le processus de brasage et piéger de l’air ou des résidus tels que des résidus de flux. Il est nécessaire de travailler avec des flux adaptés et de s’assurer de l’absence d’impuretés et d’oxydation. La mise au point du profil thermique sera également déterminant pour en prévenir la formation. Il convient alors pour limiter les voids de maîtriser le process avec une grande répétabilité. En refusion travailler sous vide (phase vapeur ou convection) permet de diminuer de façon significative les taux de voids dans les joints brasés mais ces procédés ne sont pas envisageables à la vague. Seule une inspection au rayon X peut permettre de valider l’absence de ces cavités d’un joint brasé. L’absence de voids est un élément essentiel pour l’électronique de puissance à ne pas négliger. La présence de ces cavités aura pour conséquences de modifier le gradient thermique et les lignes de courant. Cela se traduira notamment par une modification de la résistance électrique et concrètement des échauffements pouvant conduire à des ruptures des joints brasés. Pour aller plus loin nous vous proposons de vous référer à l’étude de l’impact de micro-cavités (voids) dans les attaches de puces des modules électroniques de puissance de Son Ha Tran - Université Paris Saclay (COmUE), 2015. Français. NNT : 2015SACLN010ff. tel-01266057
5. Absence de remontée d’alliage dans les trous métallisés Il est indispensable pour avoir des joints brasés conformes, opérants et fiables d’avoir une bonne remontée de l’alliage des joints de brasure le long de la patte du composant dans l’épaisseur du substrat diélectrique utilisé. Le joint brasé présent sur la face de la source de brasure (face visible) peut tout à fait être visuellement parfaitement conforme sans que l’alliage ne soit remonté le long des pattes du composant. Une bonne remontée permet de garantir le passage de courants forts en limitant les échauffements dus au passage du courant et donc de garantir l’absence d’arcs électriques et rupture des joints brasés ou pire de la patte du composant. Pour éviter ce phénomène, le design est en lui-même important à savoir
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définir un diamètre approprié pour la patte du composant, utiliser des freins thermiques sur les trous reliés à des plans de masse, surélever les composants pour ne pas obstruer les trous et gêner les remontées d’alliage. Ensuite, le préchauffage est un élément essentiel et crucial. En effet, il faut impérativement que l’alliage lors de la remontée ne soit pas refroidi et donc figé par la température du diélectrique ou du composant. Cela implique donc également un pot de brasure (fam. pot de soudure) ayant une inertie thermique suffisante. L’avantage du brasage sélectif pour ce dernier problème, notamment par rapport à la vague traditionnelle, est que l’on peut choisir un réglage différent et donc optimal pour chacun des composants (vitesses de passage dans la vague par exemple). Des vagues sélectives avec des dispositifs de préchauffage plus performants que pour l’électronique dite traditionnelle sont disponibles sur le marché pour permettre de garantir sur l’ensemble des difficultés vues ci-dessus une fiabilité et une répétabilité parfaite ce qui est le cas de la gamme de brasage sélectif SASINNO reconnues depuis quelques années pour la qualité et l’innovation de ses équipements, en atteste le Global Technology Award dans la catégorie « Soldering » (brasage) décerné en 2020.
Sasinno propose des équipements de brasage sélectif parfaitement adaptés à l’électronique de puissance. Des solutions de préchauffage mixte (infrarouge & chauffage par convection) sont mises en œuvre sur les équipements en ligne et pour les applications les plus exigeantes. La marque est en mesure d’effectuer des designs spécifiques sur cahier des charges. SASINNO a développé par exemple le système de brasage sélectif en ligne MAStamp-151 qui a permis de répondre à une application client spécifique exigeante pour le brasage de cartes de chargeurs d’alimentation pour l’indus-
