Terminaux de traitement de patchs SMT

Dans le domaine de la fabrication électronique moderne, le procédé SMT (technologie de montage en surface) est devenu un processus essentiel dans l'assemblage des cartes de circuits imprimés. En tant que composant clé des connexions de circuits, les bornes jouent un rôle crucial dans le traitement des puces SMT.

Le rôle essentiel des bornes dans l'assemblage par montage en surface (SMT)

Les bornes servent d'interfaces critiques dans les circuits électroniques, permettant des connexions électriques sûres entre les composants, les circuits ou les dispositifs sur une carte de circuit imprimé (PCB). Dans le cadre de la technologie de montage en surface (SMT), les bornes sont généralement conçues comme des dispositifs de montage en surface (SMD) compacts et légers et sont soudées avec précision sur les plages de la carte de circuit imprimé à l'aide de processus automatisés. Par rapport aux la technologie du trou traversant (THT)Les terminaux montés sur CMS offrent une efficacité d'espace supérieure, une plus grande densité de composants et une compatibilité avec les tendances de miniaturisation de l'électronique moderne.

Principales fonctions et avantages

1. Connectivité électrique: Les bornes établissent des voies conductrices fiables entre les composants, assurant une transmission ininterrompue des signaux et de l'énergie.
2. Miniaturisation: Les bornes SMT permettent de concevoir des circuits imprimés plus petits, ce qui est essentiel pour les appareils compacts tels que les smartphones, les wearables et les modules IoT.
3. Assemblage haute densité: Leur conception à profil bas permet de réaliser des circuits imprimés avancés avec des composants étroitement espacés.
4. Efficacité des processus: L'automatisation du placement SMT et du brasage par refusion améliore la vitesse et la cohérence de la production.

Impact sur la performance des produits

• Intégrité du signal: Des bornes correctement soudées minimisent l'impédance et la perte de signal, ce qui est vital pour les applications à haute fréquence (par exemple, les appareils 5G).
• Stabilité mécanique: La qualité des joints de soudure influe directement sur la résistance aux vibrations et aux contraintes thermiques (par exemple, dans l'électronique automobile).
• Fiabilité: Des défauts tels que le tombstoning ou les joints froids peuvent entraîner des défaillances sur le terrain, ce qui souligne la nécessité d'un contrôle précis du processus.

Divers types de terminaux et leurs caractéristiques

Les divers scénarios d'application dans le domaine de la fabrication électronique ont donné naissance à différents types de terminaux SMT (technologie de montage en surface), chacun étant conçu pour répondre à des exigences de connexion spécifiques :

1. Bornes fil à fil

• Caractéristiques:
• Conçus pour connecter les fils aux circuits imprimés, couramment utilisés dans les circuits de distribution d'énergie et de transmission de signaux.
• Fournit des connexions mécaniques robustes pour une stabilité électrique à long terme.
• Applications:
• Alimentations, cartes de contrôle industriel (par exemple, modules PLC).
• Exemples de modèles: Phoenix CONTACT série PT.

2. Bornes enfichables

• Caractéristiques:
• Permet une connexion et une déconnexion faciles, idéal pour les appareils modulaires nécessitant une maintenance fréquente.
• La structure de contact optimisée garantit la durabilité après des cycles d'accouplement répétés.
• Applications:
• Modules remplaçables (par exemple, fonds de panier de serveurs, matrices de DEL).
• montages d'essai (par exemple, interfaces de sonde).

3. Bornes à ressort

• Caractéristiques:
• Utilise des mécanismes à ressort de précision pour une pression de contact constante.
• Résistant aux vibrations et aux chocs mécaniques, idéal pour les environnements difficiles.
• Applications:
• Électronique automobile (calculateurs, capteurs, conformes à la norme ISO 16750).
• Systèmes de contrôle industriel.
• Exemples de marques: Série WAGO CAGE CLAMP®.

4. Bornes à vis

• Caractéristiques:
• Haute résistance mécanique grâce à la fixation par filetage.
• Prend en charge les applications à courant élevé (jusqu'à 200A).
• Applications:
• Transmission d'énergie (par exemple, onduleurs, transformateurs).
• Entraînements motorisés (par exemple, sorties VFD).

5. Terminaux pour environnements spéciaux

5.1 Bornes étanches (IP67/IP68)

• Caractéristiques principales:
• Scellés avec des joints en silicone ou des composés d'encapsulation.
• Résistant à la corrosion (par exemple, les connecteurs de recharge des véhicules électriques).
• Applications: Eclairage LED extérieur, ports de recharge pour véhicules électriques.

5.2 Bornes à haute température (150°C+)

• Matériaux:
• Boîtier : Plastiques techniques PPS, LCP.
• Contacts : Nickel ou alliage de nickel.
• Applications: Capteurs pour le compartiment moteur, électronique aérospatiale.

5.3 Bornes haute fréquence (signaux RF/haute vitesse)

• Caractéristiques:
• Adaptation de l'impédance (par exemple, 50Ω/75Ω).
• Blindés pour minimiser la diaphonie (par exemple, terminaux coaxiaux SMA).
• Applications: Stations de base 5G, interfaces de données à haut débit (USB4.0/HDMI 2.1).

Exigences en matière de processus terminal

Dans le processus d'assemblage SMT, la qualité de la soudure des bornes a un impact direct sur les performances et la fiabilité du produit final, c'est pourquoi un contrôle strict de chaque étape du processus est essentiel :

Conception du tampon

C'est la première étape pour garantir de bons résultats de soudure. La taille, la forme et la position des pastilles doivent correspondre précisément aux bornes, en offrant une zone de soudure suffisante pour assurer la solidité de la connexion, tout en évitant une taille excessive qui pourrait entraîner des défauts de soudure.

Processus d'impression de la pâte à braser

Ce processus a un impact décisif sur la qualité du brasage. L'épaisseur, la quantité et la précision de positionnement de la pâte à braser doivent être strictement contrôlées. Les imprimantes de pâte à braser modernes sont généralement dotées de fonctions de positionnement optique et de détection 3D pour garantir la qualité de l'impression.

Processus de placement des composants

exige une précision de positionnement extrêmement élevée, en particulier pour les terminaux multibroches ou à pas fin. Les machines de placement de haute précision utilisent généralement des systèmes d'alignement visuel pour atteindre une précision de positionnement de l'ordre du micron. La pression de positionnement doit également être optimisée pour assurer un bon contact entre la borne et la pâte à braser, tout en évitant une pression excessive qui pourrait endommager le composant ou le circuit imprimé.

Soudure par refusion

C'est l'une des étapes les plus critiques de tout le processus. Des courbes de température précises doivent être établies en fonction des caractéristiques de la pâte à braser et de la capacité thermique des terminaux et des circuits imprimés afin d'assurer un brasage adéquat tout en évitant les dommages thermiques.

Inspection et essais

Il sert de point de contrôle final de l'assurance qualité. Inspection optique automatique (AOI) permet de détecter les défauts d'aspect de la soudure, tandis que la essais en circuit (ICT) ou des essais fonctionnels vérifient les performances des connexions électriques. Pour les applications à haute fiabilité, des inspections plus approfondies telles que l'inspection par rayons X ou l'analyse des sections transversales peuvent également être nécessaires.

Domaines d'application

1.Électronique grand public

Dans les smartphones, les tablettes, les téléviseurs intelligents et d'autres appareils, la miniaturisation est un élément essentiel de la sécurité. Bornes SMT connectent différents modules fonctionnels, assurant ainsi une transmission efficace des signaux. Ces terminaux exigent haute précision et stabilité pour répondre aux exigences de fiabilité rigoureuses de l'électronique grand public.

2.Systèmes de contrôle industriel

Les terminaux jouent un rôle crucial dans la connexion Automates, capteurs et actionneurs dans des environnements industriels difficiles. Ils doivent offrir :

• Forte capacité anti-interférence
• Résistance aux hautes températures
• Durée de vie mécanique prolongée
  pour résister aux conditions d'utilisation en usine telles que les vibrations, la poussière et le bruit électromagnétique.

3.Électronique automobile

Les applications automobiles imposent des exigences plus strictes sur les terminaux, de les unités de contrôle du moteur (ECU) à systèmes d'infodivertissement. Les bornes de qualité automobile doivent garantir fonctionnement fiable sous des températures et des vibrations extrêmes. Ils présentent souvent les caractéristiques suivantes

• Matériaux spécialisés (par exemple, plastiques à haute température)
• Placage amélioré (or/nickel pour la résistance à la corrosion)
• Conformité aux normes industrielles (par exemple, ISO 16750, AEC-Q200)

4. Équipement de communication

En Stations de base, commutateurs de réseau et routeurs 5Gles terminaux doivent prendre en charge transmission de signaux à haute fréquence tout en minimisant :

• Perte de signal
• Interférence électromagnétique (EMI)
  Conceptions spécialisées (par exemple, connecteurs blindés, contacts à impédance adaptée) garantissent l'intégrité des données à grande vitesse.

5. Domaines spécialisés (médical, aérospatial et défense)

Applications en les dispositifs médicaux, l'avionique et les équipements militaires nécessitent des terminaux avec :

• Résistance aux environnements extrêmes (par exemple, stérilisation, radiation, vide)
• Très haute fiabilité (systèmes critiques)
• Miniaturisation (pour les dispositifs implantables ou les satellites)

Problèmes courants de brasage et solutions dans l'assemblage SMT

Même avec des équipements et des processus avancés, divers problèmes de brasage terminal peuvent survenir lors de l'assemblage SMT. L'identification et la résolution rapides de ces problèmes sont essentielles pour garantir la qualité du produit :

1. Mauvaise formation du joint de soudure (non-mouillage/démouillage)

• Symptômes: Liaison métallurgique incomplète entre les bornes et les tampons.
• Causes:
• Faible activité de la pâte à braser
• Oxydation/contamination (PCB ou composant)
• Profil de température de refusion incorrect
• Solutions:
• Optimiser le stockage de la pâte à braser (humidité/température contrôlées)
• Améliorer le nettoyage des PCB (traitement plasma/chimique pour l'élimination de l'oxydation)
• Ajuster le profil de refusion (assurer une température de pointe adéquate et une durée au-dessus du liquidus)

2. Joints de soudure à froid (connexion intermittente)

• Symptômes: Joints visuellement acceptables mais électriquement peu fiables.
• Causes:
• Volume de pâte à braser insuffisant
• Mauvaise coplanarité des bornes
• Mouillage inadéquat (problèmes liés à l'activité du flux)
• Solutions:
• Augmentation de la taille de l'ouverture du pochoir pour une meilleure déposition de la soudure
• Améliorer la qualité du placage terminal (par exemple, ENIG par rapport à OSP pour une meilleure mouillabilité)
• Utiliser la refusion assistée à l'azote pour réduire l'oxydation

3. Fissuration des joints de soudure (fatigue mécanique/thermique)

• Symptômes: Des fissures apparaissent après un cycle thermique ou une contrainte mécanique.
• Causes:
• Concentration des contraintes due à la conception rigide des tampons
• Alliage de soudure fragile (par exemple, SAC305 à haute teneur en arsenic)
• Le refroidissement rapide provoque des tensions internes
• Solutions:
• Optimiser la géométrie des coussinets (coussinets en forme de goutte d'eau pour soulager le stress)
• Utiliser des alliages de soudure ductiles (par exemple, SAC305 avec des additifs Bi).
• Contrôle de la vitesse de refroidissement (<4°C/sec pour réduire le choc thermique)

4. Ponts de soudure (courts-circuits entre les broches)

• Symptômes: Connexions de soudure involontaires entre des fils adjacents.
• Causes:
• Dépôt excessif de pâte à braser
• Composants ou gabarit mal alignés
• Profil de refusion inadéquat (temps insuffisant au-dessus du liquidus)
• Solutions:
• Affiner la conception du pochoir (ouverture réduite, rapport de surface 1:0,8)
• Mise en œuvre de pochoirs à étapes pour les composants à haute densité
• Utiliser des pâtes à braser à faible affaissement pour éviter l'étalement.

5. Mise au tombeau (levage d'un élément à une extrémité)

• Symptômes: Une borne se soulève verticalement pendant la refusion.
• Causes:
• Forces de mouillage inégales (par exemple, masse thermique asymétrique du tampon)
• Déséquilibre du volume de pâte à braser entre les bornes
• Pression excessive sur le placement des composants
• Solutions:
• Conception symétrique des tampons (taille égale/caractéristiques thermiques)
• Dépôt uniforme de pâte à braser (pochoirs découpés au laser pour plus de précision)
• Optimiser la pression de prélèvement et de placement (typiquement 0,5-1N pour les matières passives)

Mesures proactives pour le contrôle des processus:

• Préproduction:
• Examen DFM (Design for Manufacturing) pour la compatibilité pad/terminal
• Essais d'impression de la pâte à braser avec SPI (Inspection de la pâte à braser)
• En cours de production:
• AOI (Automated Optical Inspection) pour la détection des défauts
• Profilage régulier des fours de refusion (systèmes de profilage thermique KIC)
• Post-production:
• Analyse des coupes transversales pour détecter les défauts cachés des joints
• Essai de traction mécanique pour la validation de la résistance des joints

En abordant systématiquement ces questions par le biais de l'optimisation des processus, la sélection des matériaux et l'amélioration de la conceptionLes fabricants peuvent obtenir un rendement de >99,9% au premier passage dans la production SMT à haut volume.

Composants de puces SMT et conception de terminaux

Dans l'assemblage SMT, les terminaux - en tant que composants d'interconnexion centraux - doivent être optimisés en collaboration avec d'autres composants électroniques (tels que les résistances, les condensateurs, les inductances et les circuits intégrés) afin de garantir les performances, la fiabilité et la fabricabilité du circuit.

1. SMD Résistances et terminaux

Considérations clés :

• Optimisation de la trajectoire du courant : Les résistances à courant élevé (par exemple, les résistances de puissance) nécessitent des connexions terminales à faible impédance afin d'éviter une surchauffe localisée.
• Gestion thermique : Les bornes situées à proximité des résistances de forte puissance doivent être conçues de manière à assurer une bonne dissipation de la chaleur (par exemple, de larges connexions en cuivre ou des vias thermiques).
• Adaptation précise des résistances : Les résistances de haute précision (par exemple, tolérance de 0,1%) nécessitent des bornes avec des matériaux à faible EMF thermique (par exemple, plaquage d'or ou de palladium-nickel) pour minimiser les effets de dérive de la température.

Solutions d'optimisation :

✔ Applications à courant élevé : Utiliser des bornes à haute capacité de courant (par exemple, un alliage de cuivre avec un placage épais) et optimiser l'épaisseur de cuivre du circuit imprimé (≥2oz).
✔ Circuits de haute précision : Utilisez des bornes à faible résistance de contact (par exemple, des contacts à doigt d'or) pour éviter les risques liés à l'étain.

2. SMD Condensateurs et terminaux

Considérations clés :

• Découplage haute fréquence : Les condensateurs de découplage (par exemple, des MLCC de 0,1μF) doivent être placés aussi près que possible des broches d'alimentation du circuit intégré et connectés via des bornes à faible inductance.
• Filtrage en vrac : Les bornes pour les condensateurs électrolytiques (par exemple, les condensateurs solides de 100μF) doivent supporter des courants de surtension élevés pour éviter la fissuration des joints de soudure.
• Impact ESR/ESL : La résistance/inductance parasite des bornes affecte les performances à haute fréquence du condensateur ; optimisez l'agencement (par exemple, raccourcissez les traces).

Solutions d'optimisation :

✔ Conception de circuits imprimés à grande vitesse : Utiliser des bornes à faible ESL (par exemple, des bornes à broches courtes ou des bornes encastrées) pour réduire l'inductance de la boucle.
✔ Applications à haute fiabilité : Choisissez des bornes mécaniquement résistantes aux chocs (par exemple, des contacts à ressort) pour éviter que le condensateur ne se détache sous l'effet des vibrations.

3. SMD Inducteurs et terminaux

Considérations clés :

• Inducteurs de puissance : Les inductances de puissance dans les circuits DC-DC (par exemple, les inductances blindées) nécessitent des bornes à faible perte pour minimiser la DCR (résistance DC).
• Inducteurs haute fréquence : Les inductances de circuit RF (par exemple, boîtier 0402) doivent minimiser la capacité/inductance parasite introduite par les bornes.
• Suppression des interférences électromagnétiques : La disposition des bornes de l'inductance en mode commun doit être symétrique pour éviter le couplage du bruit en mode différentiel.

Solutions d'optimisation :

✔ Alimentations à découpage (SMPS) : Utiliser des connexions en cuivre larges pour les inducteurs de puissance afin de réduire les pertes par conduction.
✔ Applications à haute fréquence : Choisir des terminaux à faibles paramètres parasites (par exemple, des conceptions en microruban ou en guide d'ondes coplanaire).

4. ICs et terminaux

Considérations clés :

• Dispositifs à nombre de broches élevé (BGA/QFN) : Requièrent des bornes à pas fin (par exemple, BGA à pas de 0,4 mm), exigeant une grande précision dans la fabrication et l'assemblage des circuits imprimés.
• Signaux à grande vitesse (PCIe/DDR) : L'impédance des bornes doit être adaptée (50Ω/100Ω différentiel) pour minimiser la réflexion et la diaphonie.
• Correspondance CTE : Les matériaux des bornes (par exemple, alliage de cuivre) pour les grands circuits intégrés (par exemple, CPU/FPGA) doivent correspondre au CTE (coefficient de dilatation thermique) des circuits imprimés afin d'éviter les défaillances dues au cycle thermique.

Solutions d'optimisation :

✔ Conception à grande vitesse : Utiliser des bornes à impédance contrôlée (par exemple, des conceptions à stripline ou à capacité intégrée) pour optimiser l'intégrité du signal (SI).
✔ Emballage à haute fiabilité : Pour les applications automobiles/aérospatiales, utiliser des bornes résistantes aux vibrations (par exemple, processus de press-fit ou underfill).

5. Autres composants clés (cristaux, transformateurs, etc.)

Bien que les terminaux de traitement des puces SMT soient de petits composants, ils jouent un rôle essentiel dans la fabrication des produits électroniques modernes. Des connexions électriques de base à la transmission de signaux complexes, la conception et la qualité de traitement des bornes affectent directement les performances et la fiabilité des produits électroniques. Comme les produits électroniques évoluent vers une plus grande densité, de meilleures performances et des tailles plus petites, les exigences en matière de terminaux sont également en constante augmentation.