avec led7d31a pâte de cuivre conductrice Copprint
Dr Isaac Rosen, Scientifique senior Researcher at Copprint
Nous contacter info@copprint.com
Visitez notre stand virtuel
Je m'appelle Isaac Rosen et je dirige une équipe de R&D chez Copprint où nous travaillons au développement de futurs produits ainsi qu'à la résolution des problèmes des clients. Je suis responsable de nos activités visant à créer un processus de soudure sur des traces conductrices.
L'assemblage des composants électriques sur l'électronique imprimée est principalement réalisé aujourd'hui avec des OCE, une différence frappante par rapport à la pratique de la fabrication électronique traditionnelle où la soudure est standard. Cette différence provient principalement des difficultés de soudage sur les traces d'argent imprimées. Les pâtes Copprint sont à base de cuivre, ce qui permet d'obtenir d'excellentes propriétés électriques qui surpassent celles des pâtes d'argent - une conductivité plus élevée et un coût plus faible. Il est possible de souder sur des traces formées avec la pâte Copprint en utilisant des pâtes à souder standard disponibles dans le commerce. Des liaisons soudées solides sont formées avec de petites résistances soudées sur FR4, avec jusqu'à 4 kgf nécessaires pour déconnecter (via des mesures de force de cisaillement de la matrice).
Figure 1 : Pâte de cuivre Copprint, PCB avec composants soudés. Visitez notre stand virtuel.
Copprint développe et fabrique des pâtes de cuivre conductrices pour diverses applications, notamment l'impression de cartes de circuits imprimés, les interrupteurs à membrane, les étiquettes RFID et les cellules photovoltaïques. Nous avons des pâtes de cuivre adaptées à de multiples substrats tels que FR4, papier, verre, PI, PET, et plus encore. Vous trouverez ici la gamme de produits Copprint, ainsi que des liens vers les fiches techniques, les fiches de sécurité, les notes d'application et les vidéos pratiques. Les pâtes Copprint peuvent être utilisées pour remplacer les pâtes d'argent (coûteuses et toxiques) ainsi que pour remplacer les processus de gravure polluants.
L'une des principales exigences de la fabrication électronique est la fixation des composants sur une carte de circuit imprimé. Jusqu'à présent, lors de l'utilisation de pâtes d'argent pour l'électronique imprimée, il était difficile d'obtenir une bonne soudabilité avec les pâtes à souder classiques. La principale raison de ce problème est qu'une couche IMC (composé intermétallique) ne peut pas se former entre l'étain, le principal composant des pâtes à braser, et l'argent métallique. Par conséquent, les fabricants qui ont besoin de fixer des composants s'abstiennent de souder et utilisent principalement des ECA à base d'argent. Ces ECA sont beaucoup plus chers que les pâtes à souder (prix de l'argent par rapport à l'étain) et beaucoup moins courants dans l'industrie des circuits imprimés.
Avec les pâtes Copprint imprimées sur FR4, nous avons identifié plusieurs pâtes à souder compatibles, permettant la formation d'un lien de soudure fort, avec une connexion IMC correcte entre la soudure et le cuivre. La méthode conseillée (par les fabricants de pâtes à souder) pour sélectionner les pâtes à souder consistait à examiner visuellement le mouillage de la pâte à souder sur la surface en cuivre imprimée après refusion. La théorie était que l'absence de mouillage ou de démouillage est un signe que la pâte à braser n'est pas compatible. Une expérimentation minutieuse nous a appris que le mouillage n'est pas toujours la bonne indication de la compatibilité et du potentiel de formation d'une bonne liaison soudée. En fait, cette approche a donné de nombreux faux négatifs.
Une bien meilleure approche consiste à tester les performances réelles (formation d'une liaison soudée solide) de différentes pâtes à souder en soudant de petites puces (1206) à des traces de cuivre sérigraphiées et en mesurant la force de cisaillement de la matrice nécessaire pour détacher la puce.
Figure 2 : Vidéo montrant l'application de la pâte à souder, le placement des composants et la soudure sur des traces de cuivre imprimées dans un four à refusion. Visitez notre stand virtuel.
Tout d'abord, la pâte Copprint est sérigraphiée sur le substrat, puis séchée et frittée pour obtenir un motif de cuivre conducteur (vidéo). Ensuite, la pâte à souder est appliquée par impression au pochoir, les composants sont placés et soudés par refusion (processus au cours duquel la pâte à souder est chauffée, fond et se re-solidifie pour former la liaison) - Voir figure 2. Enfin, la résistance de la liaison soudée est testée, comme on peut le voir sur la figure 3.
Figure 3 : Photo du test de force de cisaillement de la matrice sur des puces de résistance 1206 SMD soudées avec SAC305 KOKI 955LV.
En utilisant cette approche, nous avons trouvé des pâtes à souder compatibles qui fonctionnent bien : elles forment une liaison solide et difficile à détacher, nécessitant l'application d'une pression de plus de 3 kgf pour provoquer la défaillance et le détachement de la puce soudée. Les pâtes à souder non compatibles ne fonctionnent pas bien : aucun lien de soudure n'est formé, et les puces peuvent être détachées avec une légère pression. De plus, nous avons constaté que pour les pâtes à souder compatibles, le mode de défaillance était le détachement entre le Cu et le substrat, alors qu'avec les pâtes non compatibles, le mode de défaillance était entre la pâte à souder et la surface de Cu imprimée. En outre, uniquement avec les pâtes compatibles, une couche IMC s'est formée entre la soudure et la couche de cuivre imprimée, ce qui est la preuve fondamentale de la formation d'une liaison par soudure (figure 4).
Figure 4 : Section transversale de la soudure, 1206 SMD LED soudée avec SAC305 sur Cu imprimé sur substrat FR4, la micrographie à droite montre la présence d'IMC. Visitez notre stand virtuel.
La raison pour laquelle seules certaines pâtes à souder testées étaient compatibles est probablement due au système de flux contenu dans chaque pâte. Certains flux fonctionnent sur la surface des motifs en cuivre réalisés avec notre pâte à cuivre, et d'autres non. Comme la formulation des flux dans les pâtes à souder testées est inconnue (secrets commerciaux), des tests empiriques sont nécessaires pour approuver une pâte à souder comme étant compatible.
Après avoir établi une bonne procédure pour identifier les pâtes à souder compatibles, nous avons testé une large gamme de pâtes à souder SAC305 et SnPb sur FR4, ainsi que des pâtes à souder SnBi et SnBiAg sur PET, ce qui a permis d'établir une liste de pâtes à souder approuvées, qui peuvent être fournies sur demande (info@copprint.com). Des forces de cisaillement supérieures à 2 kgf ont été obtenues avec des pâtes spécifiques de Henkel, Koki, AIM, Shenmao, Balvar Zinn et autres. Une découverte très intéressante et précieuse est que le soudage peut être effectué sur les traces de cuivre imprimées sans aucun post-traitement. Même après quelques semaines de stockage standard, une bonne force de cisaillement de la matrice a été obtenue.
Le PET est un substrat important dans l'électronique imprimée en raison de son faible prix, de sa disponibilité et de sa durabilité. Cependant, son faible point de fusion ne permet pas l'utilisation de pâtes à souder SAC ou SnPb. Des pâtes à souder compatibles à base de SnBi ont été identifiées, permettant une force de cisaillement de la matrice supérieure à 2 kgf sur du PET de 125 um. Des détails et des profils de refusion recommandés peuvent être fournis sur demande via info@copprint.com.
En conclusion, un processus de soudure simple pour connecter de manière fiable les composants de l'électronique imprimée a été démontré. Nous prévoyons une adoption plus rapide de l'électronique imprimée, car le placement des composants est plus standard que la méthode ECA existante. Cela se produira avec une transition de l'argent au cuivre pour l'impression des PCB fabriqués sur des substrats standard comme le FR4 et des substrats plus récents comme le PET.
[This is automatically translated from English]