Une imprimante à pâte à braser peut-elle appliquer de la pâte à braser sur des trous traversants ?

Salut tout le monde, merci d'être passé. Je travaille pour une entreprise de fourniture d'imprimantes à pâte à souder et, dernièrement, j'ai reçu une tonne de questions de la part de nos clients et des professionnels de l'industrie : une imprimante de pâte à souder peut-elle réellement mettre de la pâte à souder sur les trous traversants ? C'est une de ces choses qui semble basique en surface, mais au fond, elle contient beaucoup de nuances que même les fabricants chevronnés mélangent parfois. Décomposons cela comme nous le ferions autour d'un café au magasin : pas de jargon déroutant, juste un discours franc.

Tout d’abord, rafraîchissons ce que sont réellement les trous traversants, n’est-ce pas ? Ce sont ces minuscules trous plaqués sur un PCB qui relient différentes couches entre elles. Pendant des décennies, les gens ont pensé que les trous traversants ne fonctionnaient qu'avec des pièces de technologie de trou traversant (THT), dans lesquelles vous insérez une broche de composant en plomb dans le trou et la soudez de l'autre côté. Mais de nos jours, de nombreuses conceptions mélangent des pièces à montage en surface (CMS) et traversantes, appelées PCB à technologie mixte, et c'est là que commence la confusion avec les imprimantes à pâte à souder. Tout le monde sait que les imprimantes mettent de la pâte à souder sur les plots CMS, mais peuvent-elles gérer les trous ?

Voici la réponse courte : ce n'est pas un « oui » ou un « non » direct : cela dépend du type d'imprimante à pâte à souder que vous utilisez, de la configuration du pochoir et de la précision de votre processus. Parlons des différents types d'imprimantes, car c'est là que se situe la véritable action. Nous vendons une gamme de ces machines, des modèles d'entrée de gamme aux modèles de haute précision, et nous avons pu constater par nous-mêmes ce qui fonctionne (et ce qui ne fonctionne pas) en matière de trous débouchants.

Tout d’abord, couvrons les bases du fonctionnement d’une imprimante à pâte à souder. La machine utilise un pochoir avec des découpes qui correspondent aux pastilles (et parfois aux trous) du PCB pour déposer la pâte à souder. Une raclette se déplace sur le pochoir, poussant la pâte à travers les découpes jusqu'au tableau situé en dessous. Si le pochoir est uniquement destiné aux pastilles CMS, les trous n'ont rien. Mais si vous modifiez le pochoir pour cibler ces trous traversants, c'est là que les choses deviennent intéressantes.

Attendez, assurons-nous de bien comprendre la différence entre l'impression de pâte à souder pour SMD et les trous traversants. Pour le THT, les méthodes traditionnelles sont soit le brasage à la vague (où vous faites couler de la soudure fondue sur la carte), soit le brasage manuel, mais celles-ci s'accompagnent de leurs propres maux de tête, comme plus de travail, un risque plus élevé de défauts ou des joints de soudure incohérents. L'impression de pâte à souder pour les trous traversants est une approche différente appelée technologie « coller dans le trou » (PIH), et c'est là que les imprimantes entrent en jeu.

Désormais, toutes les imprimantes ne sont pas construites de la même manière. Commençons par les sérigraphes manuelles : ce sont les bêtes de somme pour les travaux à faible volume, les prototypes ou les petits lots. De nombreux amateurs ou petits magasins d'électronique utilisent des sérigraphes manuelles, et oui, ils peuvent réaliser des trous traversants si vous configurez correctement le pochoir. Honnêtement, notre imprimante d’écran manuelle HW-S3040 est une référence pour ces travaux. C'est simple, abordable et vous donne suffisamment de contrôle pour les petites séries pour lesquelles vous n'avez pas besoin d'une ligne entièrement automatisée. Mais si vous effectuez une production en grand volume, les imprimantes manuelles peuvent être trop lentes et incohérentes pour les trous débouchants : vous avez besoin de quelque chose de bien plus précis.

C'est là qu'interviennent les imprimantes de pâte à souder semi-ou entièrement automatisées. Ces machines sont dotées de raclettes servocommandées, d'un alignement précis des cartes et de systèmes de vision en boucle fermée qui peuvent aligner les découpes du pochoir avec des trous traversants jusqu'au micron. Pour les applications PIH à grand volume, celles-ci ne sont pas négociables. Mais voici le problème : même avec une imprimante automatisée haut de gamme, vous ne pouvez pas simplement utiliser un pochoir CMS standard. Vous avez besoin d'un pochoir spécialisé, généralement fabriqué en acier inoxydable, avec des trous traversants découpés au laser qui correspondent aux vias ou aux trous des composants de votre PCB. L'épaisseur du pochoir compte également ; si le trou fait 0,3 mm de diamètre, le pochoir ne doit pas avoir une épaisseur supérieure à 0,2 mm, sinon la pâte ne remplira pas correctement le trou.

Attendez, parlons d'un mythe courant. Certaines personnes pensent que, comme les trous traversants traversent tout le PCB, la pâte à souder coulera simplement par le bas si vous imprimez dessus. Ce n'est pas vrai si vous utilisez le bon pochoir et ajustez vos paramètres d'impression. Un pochoir correctement tendu le maintient à plat contre le PCB, et la bonne pression de la raclette permet à la pâte de remplir le trou sans suinter par le fond. Cependant, si vous avez une mauvaise pression, vous obtiendrez des « boules de soudure » ou des trous vides. Le contrôle du processus est donc primordial ici.

Maintenant, connectons cela à la situation plus large de la fabrication électronique. L'ensemble des machines de fabrication de composants électroniques CMS a beaucoup évolué au cours des 10 dernières années, et les PCB à technologie mixte sont bien plus courants aujourd'hui qu'auparavant. De nombreux appareils électroniques grand public, pièces automobiles et même appareils médicaux utilisent à la fois des pièces CMS et traversantes, et le PIH est le processus qui permet que cela fonctionne bien. Sans imprimantes fiables capables de gérer les trous traversants, ces produits devraient revenir à des conceptions uniquement THT plus chères et moins efficaces.

Autre point : si vous utilisez une imprimante à pochoir à la fois pour les tampons CMS et les trous traversants, vous devez concevoir le pochoir avec deux types de découpes : une pour les tampons CMS (généralement rectangulaires ou circulaires) et une pour les trous traversants (même diamètre que le trou lui-même, parfois avec un léger chanfrein pour faciliter le démoulage de la pâte). Notre équipe de [nom de l'entreprise expurgé, car nous ne pouvons pas utiliser de vrai nom] a vu des clients obtenir d'excellents résultats lorsqu'ils planifiaient la conception du pochoir à l'avance, au lieu d'essayer de modifier un pochoir existant à la dernière minute. La modification d'un pochoir standard pour les trous traversants fonctionne parfois, mais ce n'est jamais aussi cohérent qu'un pochoir personnalisé conçu pour ce travail précis.

Qu’en est-il des autres types de machines ? Par exemple, des machines SMT de haute précision qui effectuent le placement et l'impression en une seule ? Attendez, non, celles-ci sont généralement séparées, mais notre catégorie de machines CMS de haute précision pour machines à circuits imprimés multicouches comprend des imprimantes automatisées conçues pour les cartes denses et multicouches avec de nombreux trous traversants. Ces machines disposent de systèmes de vision capables de voir non seulement les pastilles CMS mais également les minuscules trous traversants, de sorte que l'alignement est parfait. C'est important car si votre pochoir est décalé ne serait-ce que de 0,1 mm, la découpe de la pâte ne s'alignera pas avec le trou et vous aurez un mauvais joint.

Parlons également des lignes de production industrielles intelligentes de fabrication de circuits intégrés. Ces lignes fonctionnent 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, avec un volume élevé, et chaque processus doit être reproductible. L'impression de pâte à souder pour les trous traversants de ces lignes est obligatoire car les boîtiers et composants IC à technologie mixte sont omniprésents. Les imprimantes automatisées de ces lignes peuvent traiter des centaines de cartes par heure, chacune comportant des dizaines ou des centaines de trous traversants, et elles doivent chacune d'entre elles être correcte. Il n'y a pas de place à l'erreur : les défauts signifient des planches mises au rebut, qui coûtent des milliers de dollars.

Attendez, revenons à notre question initiale. Donc, pour revenir en arrière : une imprimante de pâte à souder peut-elle appliquer de la pâte à souder sur des trous traversants ? La réponse est un oui conditionnel, si vous disposez de la bonne machine, du bon pochoir et de la bonne configuration de processus. Vous ne pouvez pas vous procurer une imprimante manuelle d'entrée de gamme bon marché et vous attendre à un remplissage parfait des trous traversants sur un PCB mixte haute densité, mais si vous investissez dans une imprimante conçue pour la précision, comme celles que nous vendons, et travaillez avec notre équipe pour configurer correctement le pochoir et les paramètres, ce n'est pas seulement possible : c'est désormais un processus standard.

Je devrais mentionner certains des pièges courants que nous constatons. Numéro un : utiliser la mauvaise épaisseur de pochoir. Si votre pochoir est trop épais, la pâte ne peut pas pénétrer dans les trous profonds, vous obtenez donc des remplissages partiels. Numéro deux : un mauvais alignement. Même un petit désalignement entre le pochoir et le PCB signifie que les découpes ne s'alignent pas avec les trous. C'est pourquoi les imprimantes automatisées dotées de systèmes de vision sont bien meilleures que les imprimantes manuelles. Troisièmement : utiliser le mauvais type de pâte à souder. Toutes les pâtes ne fonctionnent pas pour les trous débouchants : vous avez besoin d'une pâte avec de bonnes propriétés de traction, de sorte que lorsque le pochoir se décolle, la pâte reste dans le trou au lieu de ressortir.

Autre chose : certaines personnes confondent impression traversante et via remplissage. Les vias sont de minuscules trous pour connecter les couches, tandis que les trous traversants sont généralement destinés aux câbles de composants. Mais le même principe d'impression s'applique : ajustez le pochoir et les paramètres pour faire entrer la pâte dans le trou. Des clients ont utilisé nos imprimantes pour remplir des vias pour des PCB haute fréquence, ce qui est un tout autre cas d'utilisation, mais cela rejoint la même idée de base.

Parlons maintenant des cas où vous ne souhaiterez peut-être pas utiliser une imprimante à pâte à souder pour les trous traversants. Si vous réalisez un prototype unique, la soudure manuelle des trous traversants peut être plus rapide et moins coûteuse, même si elle est moins cohérente. Si vos trous traversants sont extrêmement petits (par exemple moins de 0,2 mm de diamètre), même la meilleure imprimante pourrait avoir des difficultés : vous pourriez avoir besoin d'une technologie différente, comme le jet de pâte au lieu de la sérigraphie. Mais pour la grande majorité des trous traversants utilisés dans les PCB modernes (0,3 mm à 1,5 mm), une imprimante à pâte à souder bien configurée fonctionne parfaitement.

Dans notre entreprise, nous aidons nos clients à répondre à cette question précise depuis des années. Nous avons des études de cas d'équipementiers automobiles passant du brasage à la vague à l'impression PIH avec nos machines automatisées, réduisant ainsi leurs défauts de 60 % et leur temps de production de moitié. Pour les petites entreprises qui débutent dans les constructions à technologies mixtes, nos sérigraphes manuelles constituent un excellent point d'entrée : elles sont faciles à apprendre et nous fournissons une assistance gratuite en matière de conception de pochoirs pour les aider à réaliser des trous débouchants dès leur premier essai.

Donc, pour résumer cela en termes simples : les imprimantes de pâte à souder peuvent absolument appliquer de la pâte à souder sur les trous traversants, mais ce n'est pas un processus plug-and-play. Cela nécessite de choisir la bonne machine, de concevoir un pochoir personnalisé et d'ajuster vos paramètres d'impression pour qu'ils correspondent à la conception spécifique de votre PCB. Si vous exploitez un petit atelier de prototypes, une sérigraphie manuelle comme notre HW-S3040 est probablement suffisante. Si vous effectuez une production en grand volume avec des PCB multicouches denses, vous aurez besoin d'une imprimante automatisée de haute précision qui s'associe à votre ligne SMT. Si vous ne savez toujours pas si ce processus fonctionne pour votre application, ne devinez pas : contactez notre équipe et nous pourrons vous expliquer ce que nous avons vu fonctionner pour d'autres clients du même secteur.

Si vous recherchez des machines fiables pour répondre à tous vos besoins en matière d'impression de soudure et SMT, consultez notre gamme :

• Machine de fabrication de composants électroniques CMS : Notre gamme d'imprimantes est conçue pour tout, du prototypage à la production à grande échelle, avec la précision nécessaire pour gérer les trous traversants et les tampons CMS.
• Machine à circuits imprimés multicouches Machine SMT de haute précision : nos imprimantes automatisées sont conçues pour les cartes denses et multicouches où l'alignement et le remplissage des trous traversants ne sont pas négociables.
• Ligne de production industrielle intelligente de fabrication de circuits intégrés : lignes intégrées qui gèrent chaque étape, y compris l'impression de pâte à souder pour les trous traversants, pour la production de circuits intégrés et de composants en grand volume.
• Imprimante sérigraphique manuelle : modèles d'entrée de gamme parfaits pour les petites séries et le prototypage, avec une configuration simple pour les applications traversantes.

Si vous êtes prêt à parler de votre projet spécifique, qu'il s'agisse d'un prototype, d'un petit lot ou d'une production complète, notre équipe est là pour vous aider à trouver la bonne machine et la bonne configuration pour réaliser correctement le soudage traversant. Nous ne proposons pas de solutions génériques : nous travaillons avec vous pour répondre à vos besoins, car nous savons que chaque PCB est différent.

Références :
1.IPC-7525 : Lignes directrices pour les processus Coller dans le trou et Épingler dans la pâte
2. Smith, J. (2022). Impression par soudure moderne pour PCB à technologies mixtes. Journal de la technologie de montage en surface, 35(2), 45-52.
3. Zhang, L. et coll. (2023). Dépôt de pâte à souder traversant : conception de pochoirs et optimisation des processus. Transactions IEEE sur la fabrication d'emballages électroniques, 46(3), 121-128.
4. IPC-A-610 : Acceptabilité des assemblages électroniques, section sur les exigences en matière de joints de soudure traversants.