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Calculateur de volume de pâte à souder

Calculez le volume de pâte à souder SMD, la surface d'ouverture du pochoir et le ratio de surface IPC-7525A pour l'impression au pochoir et le processus de soudage par refusion.

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Formule

AR=Lap×Wap2×tstencil×(Lap+Wap)AR = \frac{L_{ap} \times W_{ap}}{2 \times t_{stencil} \times (L_{ap} + W_{ap})}

Référence: IPC-7525A Stencil Design Guidelines

Lap, Wap— Longueur et largeur de l'ouverture (mm)
t_stencil— Épaisseur du pochoir (mm)
AR— Rapport de surface (doit être supérieur à 0,66)

Comment ça marche

Ce calculateur détermine le volume de pâte à souder pour l'assemblage selon la technologie de montage en surface (SMT) en fonction des dimensions de la pastille et des paramètres du pochoir. Les ingénieurs d'assemblage de circuits imprimés, les techniciens de procédé et les ingénieurs de fabrication l'utilisent pour optimiser la qualité d'impression et garantir la fiabilité des joints de soudure. Le volume de pâte à souder est égal à la surface d'ouverture multipliée par l'épaisseur du pochoir : V = L W T * (1 - réduction%). La métrique de qualité critique est le ratio de surface AR = aperture_area/wall_area = (L*W)/(2*T* (L+W)), qui prédit la fiabilité de la libération de la pâte. Selon la norme IPC-7525B, le rapport de surface doit dépasser 0,66 pour une libération fiable ; les rapports supérieurs à 0,75 sont préférés pour les composants à pas fin. Selon les recherches menées par Indium Corporation et Kester, un volume de pâte insuffisant (inférieur à 0,66 AR) est à l'origine de 67 % des défauts de soudure, notamment des ouvertures, des fissures et des défaillances frontales. Un volume excessif entraîne la formation de ponts dans 23 % des défauts. L'efficacité de transfert (volume réel/théorique) varie de 85 à 95 % pour des conceptions de pochoirs optimales conformément aux directives d'assemblage de l'IPC.

Exemple Résolu

Problème : Calculez le volume de pâte à souder et le rapport de surface pour les pastilles de condensateur à puce 0,402 métriques (0,4 mm x 0,2 mm) à l'aide d'un pochoir de 100 um (0,1 mm) avec une réduction de surface standard de 10 %.

Solution :

  1. Dimensions du tampon : L = 0,4 mm, L = 0,2 mm
  2. Épaisseur du pochoir : T = 0,1 mm (100 µm - standard pour le pas fin)
  3. Réduction de la surface : 10 % (l'ouverture correspond à 90 % de la taille du pad)
  4. Zone d'ouverture : A_aper = 0,4 0,2 0,9 = 0,072 mm^2
  5. Volume de pâte : V = 0,072 * 0,1 = 0,0072 mm^3 = 7,2 nL par tampon
  6. Total par composant : 2 tampons * 7,2 = 14,4 nL
Calcul du ratio de surface :
  • Dimensions de l'ouverture (après réduction) : 0,38 mm x 0,19 mm
  • Surface du mur : A_wall = 2 0,1 (0,38 + 0,19) = 0,114 mm^2
  • Rapport de surface : AR = 0,072/0,114 = 0,63
Évaluation :
  • AR = 0,63 est inférieur au minimum IPC-7525B de 0,66 - libération marginale de pâte attendue
  • Options de solution :
a) Réduire le pochoir à 80 um : AR = 0,072/0,091 = 0,79 (bon) b) Augmenter l'ouverture de 5 % : AR = 0,076/0,114 = 0,67 (acceptable) c) Utilisez un pochoir à étapes : 80 um pour 0402, 100 um pour les composants plus grands

Estimation du poids de la pâte (type 4 SAC305, densité 7,4 g/cm^3) :

  • Volume : 0,0072 mm^3 = 7,2e-6 cm^3
  • Teneur en métal : 88 à 92 % en poids, ~ 50 % en volume
  • Poids de la pâte : 7,2e-6 7,4 0,5 = 26,6 ug par tampon

Conseils Pratiques

  • ✓Utilisez des pochoirs en acier inoxydable découpés au laser (non gravés chimiquement) pour les ouvertures inférieures à 250 µm. La découpe laser atteint une précision dimensionnelle de +/- 5 µm contre +/- 25 µm pour la gravure. Les parois à ouverture trapézoïdale (caractéristique découpée au laser) améliorent la libération de la pâte de 10 à 15 % par rapport aux parois droites, selon les études d'assemblage DEK/ASM.
  • ✓Rapport de surface cible 0,70-0,80 pour la fiabilité de la production. À AR = 0,66 (IPC minimum), l'efficacité de transfert chute à 70-80 % avec une variabilité élevée. À AR = 0,75+, l'efficacité de transfert atteint 90 à 95 % avec un volume constant. Ce gain d'efficacité de 15 à 20 % réduit considérablement les taux de défauts par données d'assemblage Cookson/Alpha.
  • ✓Pour le BGA et le QFN à pas fin (pas de 0,4 à 0,5 mm), réduisez l'épaisseur du pochoir à 75-100 µm et appliquez une réduction d'ouverture de 5 à 10 %. Le volume réduit est compensé par un meilleur relâchement et une réduction du pontage. Selon la norme IPC-7093, la hauteur de la pâte BGA doit être comprise entre 50 et 75 % du diamètre de la bille pour une coalescence adéquate.
  • ✓Vérifiez le volume de pâte à l'aide de systèmes SPI (inspection de la pâte à souder) étalonnés selon la norme IPC-7525B. Tolérance de volume cible : +/- 25 % pour le contrôle du processus, avec un cpk > 1,33. Le volume extérieur (-40 %/+50 % de la valeur nominale) est fortement corrélé aux défauts. Le SPI moderne (Koh Young, CyberOptics) mesure 100 % des dépôts à une résolution de plus de 15 µm.

Erreurs Fréquentes

  • ✗Ignorer le rapport de surface et se concentrer uniquement sur le volume : une grande ouverture avec un pochoir épais peut déposer un volume suffisant mais avoir un faible dégagement en raison du faible rapport de surface. L'IPC-7525B nécessite un AR > 0,66 pour une étanchéité fiable et un démoulage propre. Un AR inférieur à 0,66 entraîne un transfert incomplet, une variation aléatoire du volume et un risque de pontage. Vérifiez toujours le ratio de surface avant de finaliser la conception du pochoir.
  • ✗En utilisant une épaisseur de pochoir identique pour tous les composants, les pastilles 0201 (0,25 mm x 0,125 mm) nécessitent des pochoirs de 50 à 75 µm, tandis que les pastilles 0805 fonctionnent avec 125 à 150 µm. Les assemblages mixtes nécessitent des pochoirs à étapes (plusieurs épaisseurs sur un seul pochoir) ou une impression par collage sélectif. Selon une étude sur l'indium, une épaisseur de pochoir inappropriée est à l'origine de 40 % de la perte de rendement de l'assemblage.
  • ✗Sans tenir compte du type de pâte (pourcentage de flux) - La pâte de type 3 (particules de 25 à 45 µm) contient 88 à 90 % de métal en poids ; le type 5 (15 à 25 µm) peut en contenir 85 à 88 %. Les calculs de volume supposent une densité théorique, mais la teneur réelle en métal varie de 5 à 10 %. Vérifiez les spécifications de collage et ajustez les objectifs de volume en conséquence, conformément aux fiches techniques du fabricant.
  • ✗Le fait de spécifier une réduction d'ouverture nulle pour un rapport entre la pâte et le coussinet par ouverture maximal de 1:1 entraîne un pontage de la pâte sur les composants à pas fin et une mauvaise étanchéité du joint sur les bords du pochoir. La pratique standard est une réduction d'ouverture de 5 à 15 % selon la norme IPC-7525B. Le décalage d'origine (déplacement de l'ouverture vers le corps du composant) améliore le pontage des marges sur QFP/QFN sans réduire le volume.

Foire Aux Questions

Selon la norme IPC-7525B, le ratio de surface minimum est de 0,66 pour une libération de pâte acceptable ; 0,75 ou plus est recommandé pour la fiabilité de la production. Pour les pâtes de type 5 (pas ultrafin), certains fabricants spécifient un AR > 0,58 en raison de l'amélioration de la rhéologie. Le ratio de surface prédit la qualité du joint : en dessous de 0,5, la pâte adhère davantage aux parois des ouvertures qu'à la surface du tampon, ce qui entraîne un transfert incomplet. Au-delà de 0,8, la version approche les 100 % théoriques. Calculez AR = aperture_area/(2 * T * périmètre) et vérifiez avant la fabrication du pochoir.
Selon les directives IPC-7525B : 50 à 75 µm pour 0201/01005 et BGA à pas fin (0,3 à 0,4 mm), 100 µm pour les QFP/QFN à pas 0402 et 0,5 mm, 125 à 150 µm pour les composants 0805 et plus, 150 à 200 µm pour les applications de pâte dans trou traversant. Les assemblages mixtes utilisent généralement de 100 à 125 µm avec des zones abaissées (régions localement plus fines) pour les composants à pas fin. Les pochoirs en nickel électroformé permettent des pas plus nets que l'acier inoxydable découpé au laser.

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