Qu'est-ce que le soudage à la vague ?
Le soudage à la vague désigne le processus consistant à créer un bain de soudure en forme de vague à l'aide d'un alliage de soudure fondu (plomb-étain) à l'aide d'une pompe électrique ou électromagnétique. La vague de soudure peut également être formée en injectant de l'azote gazeux dans le bain de soudure. Dans ce processus, une carte de circuit imprimé (PCB) préchargée avec des composants est passée à travers la vague de soudure, qui forme une forme spécifique de pic de soudure à la surface de la soudure fondue. Cela permet à la carte de circuit imprimé, avec des composants montés à des angles et des profondeurs d'immersion spécifiques, d'être soudée à travers la vague de soudure, créant ainsi des joints de soudure. L'ensemble de ce processus est connu sous le nom de soudage à la vague.
Étape importante du processus d'assemblage des boîtiers à double rangée de broches (DIP), le soudage à la vague est principalement utilisé pour le soudage des composants à trous traversants des cartes de circuits imprimés. Malgré la tendance à la miniaturisation et à la technologie de montage en surface (SMT), certains produits tels que les téléviseurs, les équipements audiovisuels domestiques et les décodeurs numériques utilisent encore des composants à trous traversants sur des cartes de circuits imprimés à technologie mixte. Le soudage à la vague continue donc d'être utilisé dans ces applications.
L'histoire du soudage à la vague
En 1956, la société britannique Fry's Metal a inventé la méthode de soudage à la vague pour les cartes de circuits imprimés (PCB). Cette innovation a marqué le début d'une nouvelle ère dans l'automatisation des machines, faisant passer l'assemblage des PCB du soudage manuel point par point à l'aide de fers à souder à un soudage automatisé à grande échelle et à haut rendement. Elle a véritablement révolutionné le processus de soudage des PCB, offrant des avantages significatifs tels que la réduction des défauts des joints de soudure, l'amélioration de la fiabilité des produits électroniques, la baisse des coûts de production, la réduction de l'intensité du travail pour les ouvriers et l'augmentation de l'efficacité de la production.
Comment fonctionne le soudage à la vague ?
Le soudage à la vague est réalisé à l'aide d'une machine à souder à la vague, qui se compose principalement d'un tapis roulant, d'une zone d'application du flux de soudure, d'une zone de préchauffage, d'un pot de soudure et d'autres composants. Voici son schéma de fonctionnement :
Bande transporteuse :
Le convoyeur transporte la carte de circuit imprimé, avec les composants insérés, dans la machine à souder à la vague à un angle d'inclinaison et à une vitesse spécifiques. La carte de circuit imprimé passe ensuite par plusieurs processus tels que l'application de flux, le préchauffage, la compensation thermique, la première et la deuxième soudure à la vague, et le refroidissement.
Flux Application:
La zone d'application du flux comprend des capteurs infrarouges et des buses de pulvérisation. Les capteurs infrarouges ont pour rôle de surveiller la largeur du circuit imprimé. Les buses de pulvérisation appliquent uniformément une fine couche de flux sur les pastilles de soudure exposées, les pastilles traversantes et les broches des composants du circuit imprimé. Le flux crée un film protecteur sur la surface de soudure du circuit imprimé.
Préchauffage :
Dans la zone de préchauffage, les zones de soudure du circuit imprimé sont chauffées à la température de mouillage. Dans le même temps, l'augmentation de la température des composants les empêche de subir un choc thermique excessif lorsqu'ils sont immergés dans la soudure fondue. La température de surface du circuit imprimé pendant le préchauffage doit être contrôlée entre 75 et 110 °C afin de garantir la bonne formation des joints de soudure.
Le préchauffage a pour objectif :
- Volatilisation des solvants dans le flux, réduisant la génération de gaz pendant le soudage.
- Décomposition et activation de la colophane et des activateurs dans le flux, élimination des films d'oxyde et autres contaminants des pastilles de soudure, des broches des composants et des surfaces des broches du circuit imprimé, tout en protégeant les surfaces métalliques contre la réoxydation à haute température.
- Prévention des dommages causés par les contraintes thermiques au circuit imprimé et aux composants, dus à un chauffage rapide pendant le soudage.
Compensation thermique :
Au cours de la phase de compensation thermique, le circuit imprimé subit des ajustements thermiques afin de réduire l'impact de la chaleur.
Première vague (vague turbulente) :
La première vague est une vague étroite et « turbulente » émise par une buse étroite. Le flux rapide de soudure permet une bonne pénétration sur les zones de soudure présentant des effets d'ombre dus aux fixations. De plus, la force ascendante de la vague turbulente aide à expulser les gaz de flux de soudure, réduisant ainsi les ponts de soudure et les défauts de remplissage vertical insuffisant. Cependant, la vague turbulente peut entraîner des joints de soudure inégaux et un excès de soudure, ce qui nécessite la deuxième vague.
Deuxième vague (vague douce) :
La deuxième vague est une vague « douce » caractérisée par un écoulement plus lent de la soudure. Elle élimine efficacement l'excès de soudure des bornes, assure un bon mouillage de toutes les surfaces à souder et élimine les arêtes vives, les bavures et les ponts de soudure causés par la première vague. En pratique, la vague douce est similaire à la vague traditionnelle utilisée pour les composants à trous traversants. Par conséquent, lors du soudage de composants traditionnels sur la même machine, la vague turbulente peut être désactivée et seule la vague douce est utilisée.
Refroidissement :
Le système de refroidissement abaisse rapidement la température du circuit imprimé, améliorant ainsi considérablement la prévention des vides et des problèmes de délamination des pastilles de soudure dans les processus de soudage sans plomb.
Tout au long du processus de soudage, l'utilisation d'azote gazeux pour la protection pendant la phase de préchauffage et dans la zone de soudage empêche efficacement l'oxydation du cuivre nu et de la soudure eutectique, améliorant considérablement le mouillage et la fluidité et garantissant des joints de soudure fiables.
Manuel d'utilisation de la machine à souder à la vague
I. Préparatifs pour le soudage à la vague
- Mettez sous tension et activez le réchauffeur du pot de soudure (généralement contrôlé par une minuterie).
- Vérifiez le bon fonctionnement du minuteur de la machine à souder à la vague.
- Assurez-vous que le système de ventilation de la machine à souder à la vague est en bon état.
- Vérifiez l'indicateur de température du pot de soudure : mesurez la température à 10-15 mm sous la surface de soudure à l'aide d'un thermomètre en verre ou à contact. La différence de température doit être comprise entre ±5 °C.
- Vérifiez le bon fonctionnement du préchauffeur et assurez-vous que la température est réglée conformément aux exigences du processus. Allumez l'interrupteur du préchauffeur, surveillez l'augmentation de la température et vérifiez qu'elle se situe dans la plage normale.
- Inspectez le fonctionnement du coupe-fil : réglez la hauteur de la lame en fonction de l'épaisseur du circuit imprimé, en visant une longueur de fil de 1,4 à 2,0 mm. Serrez le porte-lame, vérifiez visuellement la rotation de la lame après la mise sous tension et assurez-vous que le dispositif de sécurité fonctionne.
- Vérifiez l'alimentation en air du réservoir de flux : versez le flux, réglez la vanne d'admission d'air et vérifiez si le flux mousse ou pulvérise après la mise sous tension.
- Vérifiez le réglage de la densité du flux : vérifiez le niveau de liquide dans le réservoir de flux et mesurez la densité. Si la densité est trop élevée, ajoutez un diluant ; si elle est trop faible, ajoutez du flux pour l'ajuster (moussage).
- Une fois que la température de soudure atteint la valeur spécifiée, vérifiez le niveau de soudure. S'il est inférieur à 15 mm par rapport au sommet du pot de soudure, ajoutez rapidement de la soudure.
- Retirez les scories de soudure de la surface de soudure et ajoutez un agent anti-oxydation après le nettoyage.
- Ajustez l'angle du convoyeur : réglez la largeur de la voie en fonction de la largeur du circuit imprimé afin de garantir une force de serrage appropriée.
II. Démarrage et fonctionnement en production du soudage à la vague
- Activez l'interrupteur du flux. Pour le moussage, réglez l'épaisseur de la mousse à la moitié de la plaque de réglage de la mousse ; pour la pulvérisation, veillez à obtenir une couverture uniforme sur la surface de la carte sans pulvériser le côté composant.
- Réglez le débit d'air de la lame d'air afin que l'excès de flux sur la carte s'écoule dans le réservoir de mousse, ce qui empêche qu'il ne coule sur le préchauffeur et ne provoque un incendie.
- Activez l'interrupteur du convoyeur et réglez la vitesse à la valeur souhaitée.
- Allumez le ventilateur de refroidissement.
III. Opération post-soudage pour le soudage à la vague
- Éteignez les interrupteurs du préchauffeur, du pot à souder, du flux, du convoyeur, du ventilateur de refroidissement et du coupe-fil.
- Le flux dans le réservoir de mousse doit être remplacé toutes les deux semaines, et des mesures régulières doivent être prises pendant l'utilisation.
- Nettoyez la machine à souder à la vague et les griffes de la chaîne après l'arrêt. Trempez et nettoyez les buses de pulvérisation avec un diluant.
IV. Méthodes de gestion pendant le processus de soudage à la vague
- Les opérateurs doivent rester à leur poste et inspecter régulièrement le fonctionnement de l'équipement.
- Les opérateurs doivent vérifier la qualité des soudures. En cas d'anomalie, la machine doit être immédiatement arrêtée pour inspection.
- Des registres précis et actualisés doivent être tenus sur les données de fonctionnement d'origine et la qualité des soudures.
- Les cartes de circuits imprimés terminées doivent être placées séparément dans des boîtes de transport dédiées, en évitant tout contact, toute pression et tout empilement.
V. Registres d'opération pour le soudage à la vague
L'opérateur chargé du soudage à la vague doit enregistrer toutes les deux heures les paramètres du processus, tels que la température du bain de soudure, la température de préchauffage et la densité du flux. De plus, 10 cartes de circuits imprimés doivent être inspectées de manière aléatoire et la qualité des joints de soudure doit être enregistrée toutes les heures, afin de fournir des enregistrements originaux pour le contrôle de la qualité du processus.
Avantages du soudage à la vague
- Économies de main-d'œuvre et de matériaux : cela améliore l'efficacité de la production et réduit les coûts de fabrication.
- Réduction du gauchissement des cartes : le temps de contact réduit entre la carte de circuit imprimé et la soudure à haute température minimise la déformation de la carte.
- Élimination des facteurs humains : il élimine les interférences et les impacts sur la qualité des produits, ce qui améliore la qualité et la fiabilité des joints de soudure.
- Amélioration de l'activité de soudure : la machine à souder à la vague assure un mouvement suffisant de la soudure, ce qui améliore la qualité des joints de soudure.
- Amélioration de l'environnement de travail : l'adoption d'un bon système d'échappement améliore le bien-être physique et mental de l'opérateur.
- Prévention de l'oxydation : la couche superficielle de la soudure forme une barrière protectrice contre l'oxydation, réduisant ainsi le gaspillage de soudure causé par les résidus d'oxydation.
- Cohérence : elle garantit une qualité d'assemblage constante des produits et des processus standardisés.
- Capacité à effectuer des tâches dépassant les capacités manuelles.
Soudage à la vague vs soudage par refusion
Les procédés de soudage jouent un rôle crucial dans la fabrication des appareils électroniques, car la qualité du soudage influe directement sur les performances et la durée de vie des produits. Parmi les différentes méthodes de soudage, le soudage par refusion et le soudage à la vague sont les deux techniques les plus courantes, chacune ayant ses propres caractéristiques et applications.
Soudage à la vague :
Le soudage à la vague est principalement utilisé pour les composants à trous traversants (THT). Dans cette méthode, le circuit imprimé avec les composants passe au-dessus d'une vague de soudure en fusion, créant ainsi des joints de soudure entre les broches des composants et le circuit imprimé.
Caractéristiques du soudage à la vague :
- Haute efficacité : tout comme le soudage par refusion, le soudage à la vague permet de traiter simultanément tous les composants d'un circuit imprimé, garantissant ainsi une haute efficacité.
- Adapté aux composants de grande taille et de forte puissance : le soudage à la vague utilise plus de soudure que le soudage par refusion, offrant un support mécanique et des connexions électriques plus solides, ce qui le rend adapté aux composants de grande taille et de forte puissance.
- Automatisation élevée : le soudage à la vague, tout comme le soudage par refusion, peut être entièrement automatisé, ce qui minimise l'influence des facteurs humains sur la qualité du soudage.
Soudure par refusion :
Le soudage par refusion est principalement utilisé pour les composants montés en surface (SMT). Dans cette méthode, le circuit imprimé (PCB) avec la pâte à souder et les composants est chauffé dans un environnement à température contrôlée. La pâte à souder fond et se solidifie, achevant ainsi le processus de soudage.
Caractéristiques du soudage par refusion :
- Haute efficacité : le soudage par refusion permet de traiter simultanément tous les composants d'un circuit imprimé, ce qui améliore considérablement l'efficacité de la production.
- Haute qualité : comme le processus de soudage se déroule dans un environnement à température étroitement contrôlée, les joints de soudure sont généralement de haute qualité, ce qui garantit leur fiabilité et une bonne formation.
- Adapté aux composants de haute densité et de petite taille : le soudage par refusion est idéal pour souder des composants de haute densité et de petite taille, notamment les BGA et les QFP, car il n'implique aucun contact direct avec les composants.
- Automatisation élevée : le soudage par refusion est souvent entièrement automatisé, ce qui réduit les erreurs humaines et augmente l'efficacité de la production.
Choix entre le soudage à la vague et le soudage par refusion
Lors du choix d'une méthode de soudage, les facteurs suivants sont généralement pris en compte :
- Type de composant : le soudage par refusion est préférable pour les composants montés en surface (SMT), tandis que le soudage à la vague est couramment utilisé pour les composants à trous traversants (THT).
- Densité et taille des composants : le soudage par refusion est plus adapté aux composants de petite taille et à haute densité, tandis que le soudage à la vague convient mieux aux composants de grande taille et à haute puissance.
- Efficacité de production : le soudage par refusion et le soudage à la vague offrent tous deux un rendement élevé lorsqu'ils sont entièrement automatisés.
- Exigences de qualité : si une qualité de soudage stricte est requise, le soudage par refusion dans un environnement à température étroitement contrôlée est recommandé.
En résumé, le soudage par refusion et le soudage à la vague présentent chacun leurs avantages. Le choix entre les deux dépend des exigences spécifiques du produit et des conditions de production. L'industrie de la fabrication électronique est en constante évolution, et avec l'émergence de nouvelles technologies et de nouveaux équipements de soudage, il est essentiel de se former et de s'adapter en permanence pour répondre aux besoins de production en constante évolution.
Soudage à la vague vs soudage sélectif
Le soudage à la vague sélectif, également appelé soudage sélectif, diffère du soudage à la vague traditionnel. Dans le soudage à la vague traditionnel, toute la surface du circuit imprimé est recouverte de flux et, pendant le soudage, la surface à souder du circuit imprimé est entièrement immergée dans la soudure fondue. Cependant, le soudage à la vague sélectif est différent. Il permet de définir des paramètres de soudage pour chaque joint de soudure individuel sur le circuit imprimé, tels que la position de pulvérisation du flux, le temps de soudage et la hauteur de la vague. Cela signifie que le soudage à la vague sélectif peut appliquer du flux uniquement sur les points de soudure, évitant ainsi toute application inutile de flux et garantissant que seule la zone de soudage entre en contact avec la soudure.
Les avantages du soudage à la vague sélectif sont les suivants :
- Réduction de la consommation de flux : en appliquant le flux de manière sélective uniquement sur les points de soudure, la consommation de flux est minimisée. Cela permet non seulement de réduire les coûts, mais aussi de limiter la production de résidus de flux.
- Consommation de soudure réduite : comme seule la zone de soudure entre en contact avec la soudure, le soudage à la vague sélectif réduit l'utilisation de soudure.
- Réduction des scories de soudure : avec le soudage par vague sélectif, la formation de scories de soudure est minimisée grâce au processus de soudage ciblé.
- Taille compacte et polyvalence : les machines de soudage à la vague sélectif sont compactes et équipées d'une table de travail intégrée, ce qui leur permet de s'adapter à différentes formes de circuits imprimés. Cela élimine le besoin de multiples fixations et permet de gagner de l'espace.
Cependant, le soudage sélectif à la vague présente également certains inconvénients :
- Coût plus élevé : les équipements de soudage à la vague sélectif ont tendance à être plus coûteux que les machines de soudage à la vague traditionnelles en raison de leur technologie et de leurs capacités avancées.
- Efficacité moindre : chaque joint de soudure nécessitant une programmation et un contrôle spécifiques, l'efficacité du soudage sélectif à la vague est relativement inférieure à celle du soudage à la vague traditionnel.
Dans l'ensemble, le soudage à la vague sélectif offre plusieurs avantages, tels qu'une utilisation réduite de flux, une consommation moindre de soudure et une taille compacte. Cependant, il est plus coûteux et moins efficace que le soudage à la vague traditionnel en raison de sa nature spécialisée et de sa technologie avancée.
Les tendances de développement du soudage à la vague
Avec l'adoption généralisée de la technologie de montage en surface (SMT) qui remplace les composants à trous traversants, le soudage à la vague a été largement remplacé par le soudage par refusion dans de nombreuses applications électroniques à grande échelle. Cependant, il existe toujours une demande importante pour le soudage à la vague dans certains domaines où la SMT n'est pas adaptée, tels que les dispositifs de grande puissance, les connecteurs à nombre élevé de broches ou dans les industries où la technologie simple à trous traversants domine.
Malgré l'utilisation croissante d'autres méthodes de soudage, telles que le soudage sélectif, le soudage à la vague conserve ses avantages uniques, qui en font un choix viable pour l'assemblage de circuits imprimés.
