LES CIRCUITS IMPRIMÉS : principales caractéristiques et principaux risques selon la finition version 2

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Monique Fortier
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1 Mémo attaché à la Fiche Conseil n 28 PRODUIRE PROPRE Date: 8 mars 2006 Sujet: MAîTRISER LA TECHNIQUE LES CIRCUITS IMPRIMÉS : principales caractéristiques et principaux risques selon la finition version 2 index précédent : date :1 er février 2006 Sujet: LES CIRCUITS IMPRIMÉS : principales caractéristiques et principaux risques selon la finition La disparition du plomb dans les circuits imprimés entraîne l'apparition d'une plus grande variété de finitions. Il est important d'en connaître les principales caractéristiques, ainsi que les principaux risques que sont l'excès d'humidité, l'excès de température sur la carte et le différentiel de dilatation entre les matières constituant le circuit imprimé. Cette fiche a été réalisée grâce à la coopération des membres du groupe de travail Lead Free/RoHS, constitué d'utilisateurs sous-traitants et clients, de fabricants, de fournisseurs d'équipements. Vos propres observations sont bien sur les bienvenues. Le SNESE reste à votre disposition. Richard CRÉTIER chargé de la communication du SNESE

2 PROCESS RoHS gestion des risques sur les circuits imprimés PRINCIPALES CARACTÉRISTIQUES SELON LA FINITION Le marché Technologie Le stockage Impacts sur le process HAL Sans-Plomb (pré étamage par trempage) Cuivre passivé (OSP, Dépose d'une couche organique sur le cuivre) Nickel Or (Dépose chimique d'une couche de Nickel et d'or sur le cuivre) Argent chimique (Dépose chimique d'une couche d'argent sur le cuivre) Étain chimique (Dépose chimique d'étain sur le cuivre) Prévisions de ventes 20% 34% 12% 19% 15% Prix (indice) épaisseur de la Ni : 5 à 8 µm 0.5 à 10 µm 0.3 à 0.5 µm sérigraphie Au : 0.06 à 0.1 µm Sn : >= 1 µm Ag : 0.3 à 0.5 µm Durée de stockage avant ouverture 12 mois 6 mois 6 mois 12 mois 6 mois Planéité moyenne très Résistance à la mauvaise très dilatation Soudabilité moyenne très

3 Principaux risques selon la finition risque caisse à outils, remarques HAL Sans-Plomb (pré étamage par trempage) RAS Toutefois, l'utilisation de composants à pas fin mérite la plus grande attention. Cuivre passivé (OSP - dépose d'une couche organique sur le cuivre) Mouillabilité réduite en cas de stockage prolongé des cartes (oxydation du cuivre) Maintenir les pièces dans leur emballage d'origine (hermétique) jusqu'a utilisation. Stocker les pièces sensibles à l'humidité sous atmosphère à faible hygrométrie inférieure à 10% (ex : azote, armoire basse humidité) Étuver les circuits puis les mettre sous emballage hermétique avec dessicant et témoin d'humidité. Réduire les temps de fabrication inter procédés. Nickel Or (Dépose chimique d'une couche de nickel et d'or sur le cuivre) Prix élevé Argent chimique (Dépose chimique d'une couche d'argent sur le cuivre) Étain chimique (Dépose chimique d'étain sur le cuivre) En cas de stockage prolongé, risque de dissolution de l'étain dans le cuivre si la couche est inférieure ou égale à 1µm. Apparition de whiskers Respecter impérativement la durée de stockage préconisée par le fournisseur. Étuver les circuits puis les mettre sous emballage hermétique avec dessicant et témoin d'humidité

EXCÈS D HUMIDITÉ conséquences solutions préventives caisse à outils ❶ Délamination de la matière du CI. Fissures ou ruptures des vias. Rupture des liaisons électriques internes.

Maintenir les circuits imprimés dans leur emballage d'origine (hermétique) jusqu'àutilisation.

avec dessicant et témoin d'humidité (certains déssicants peuvent être réutilisés après passage dans une étuve) NB : certains fournisseurs de CI recommandent l'étuvage des cartes avant utilisation.

4 EXCÈS D HUMIDITÉ conséquences solutions préventives caisse à outils ❶ Délamination de la matière du CI. Fissures ou ruptures des vias. Rupture des liaisons électriques internes. Déformation du circuit. Étuver avant de procéder à l'assemblages des composants. important : l'étuvage est un facteur de coût et peut dégrader la mouillabilité des plages d'accueil. Maintenir les circuits imprimés dans leur emballage d'origine (hermétique) jusqu'àutilisation. Stocker les pièces sensibles à l'humidité sous atmosphère à faible hygrométrie inférieure à 10% (ex: azote, armoire basse humidité) Étuver les composants puis les mettre sous emballage hermétique avec dessicant et témoin d'humidité (certains déssicants peuvent être réutilisés après passage dans une étuve) NB : certains fournisseurs de CI recommandent l'étuvage des cartes avant utilisation. D'autres garantissent l'intégrité de leurs produits par un emballage adapté. ❷ Bulles d'air dans les joints à braser (en cas de présence de via sur la plage d'accueil) et dans les trous traversant ( PTH) Fissures ou ruptures dans les vias. La solution ci-dessus s applique ainsi que : déplacer les vias hors des plages d'accueil des composants, augmenter le diamètre des vias. Idem ci-dessus. Délamination Dégazage

EXCÈS DE TEMPÉRATURE SUR LA CARTE conséquences solution préventive caisse à outils Déformation de la carte lors du passage au four ou à la vague. Délamination ou détérioration de la matière du CI.

Revoir le design et la localisation des composants sur la carte : optimiser la répartition des plans de masse. Optimiser la mise en flans.

5 EXCÈS DE TEMPÉRATURE SUR LA CARTE conséquences solution préventive caisse à outils Déformation de la carte lors du passage au four ou à la vague. Délamination ou détérioration de la matière du CI. Détérioration des vias. Rupture des liaisons. Utiliser une matière compatible avec la température du process. De préférence, utiliser une matière à faible coefficient d'expansion. Revoir le design et la localisation des composants sur la carte : optimiser la répartition des plans de masse. Optimiser la mise en flans. Ex : faire des flans de 2 rangées de 6 rectangles (voir photo ci-dessous) plutôt que 3 rangées de 4 rectangles. Utiliser des systèmes de support de cartes tels que cadres, fils supports, plots de compensation, etc. (voir photos ci-dessous) Refusion : support de carte dans la zone Vague : câble support de carte de refroidissement

DIFFÉRENTIEL DE DILATATION ENTRE LES MATIÈRES CONSTITUANT LE CIRCUIT IMPRIMÉ (fibre de verre, cuivre, ) conséquences solution préventive caisse à outils Revoir la

Vias endommagés (fissures, ) Rupture des liaisons électriques. Changer les spécifications de la matière utilisée.

températures) et chargées. 3) en dernier recours, opter pour des matières avec un TG supérieur.

6 DIFFÉRENTIEL DE DILATATION ENTRE LES MATIÈRES CONSTITUANT LE CIRCUIT IMPRIMÉ (fibre de verre, cuivre, ) conséquences solution préventive caisse à outils Revoir la conception de la carte (routage, localisation et dimensions des vias, des plages d'accueil...) Décollement de pastilles sur traversant. Vias endommagés (fissures, ) Rupture des liaisons électriques. Changer les spécifications de la matière utilisée. 1) Utiliser une matière avec un low CTE (faible coefficient d'expansion thermique en Z) 2) utiliser des matières avec des résines modifiées (meilleure tenue aux températures) et chargées. 3) en dernier recours, opter pour des matières avec un TG supérieur. Remarque : le Tg est la température de transition vitreuse de la matière du circuit ou température au-dessus de laquelle il y a une déformation irréversible de la matière. Faire une qualification des cartes avant mise en production (chocs thermiques, vibration, etc.) Via (coupe) endommagé Exemple de différence de dilatation

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