Afin d’obtenir les meilleurs résultats dans les produits électroniques, il est crucial de préserver la qualité des circuits imprimés (PCB) en attendant le process d’assemblage. Dans cet article, nous verrons comment un emballage approprié permet de préserver l’usage et la performance des circuits imprimés, qui peuvent être sensibles à plusieurs facteurs.
La finition de surface d’un circuit imprimé est destinée à faciliter la mouillabilité lors des process d’assemblage et à protéger le cuivre sous-jacent de l’oxydation. Cependant, la finition de surface elle-même doit également être protégée contre les dommages, l’oxydation, la contamination, les hautes températures, et l’humidité. En outre, les matériaux de base des circuits imprimés doivent être protégés, en particulier contre l’humidité. Pendant les phases de soudure, les circuits sont soumis à des températures élevées qui peuvent entraîner des défauts évidents ou latents, y compris la redoutable délamination, qui peut affecter de manière significative l’intégrité de la carte.
Un emballage adéquat, associé à des conditions environnementales contrôlées, préserve les circuits imprimés de la détérioration tout au long de leur durée de conservation, garantissant ainsi le meilleur résultat possible durant la ou les phases de soudure.
Le rôle de l’humidité
L’humidité est sans aucun doute l’ennemie des circuits imprimés. Pour mieux comprendre l’importance de l’emballage dans l’industrie des PCB, nous devons approfondir le sujet. Les matériaux de base présentent un comportement hygroscopique, ce qui signifie qu’ils peuvent absorber la vapeur d’eau présente dans l’environnement. Il est donc essentiel d’utiliser des matières à faible absorption d’humidité. Les circuits imprimés flexibles et flex-rigides sont particulièrement sensibles à ce phénomène, car l’absorption d’humidité des matériaux flexibles peut saturer à un pourcentage en poids jusqu’à 20 fois supérieur à celui du FR4 standard. Pour en savoir plus sur les matériaux, n’hésitez pas à contacter nos techniciens.
Le principal problème lié à l’absorption d’humidité dans les matériaux de base des circuits imprimés est l’expansion de l’eau en vapeur (l’eau, en se réduisant en vapeur, augmente environ 1700 fois son volume) due aux températures élevées des processus d’assemblage. Cela peut entraîner une délamination, une rupture des trous métallisés, une séparation des couches internes et des défauts de soudure. En outre, l’humidité accélère la détérioration des finitions de surface.
Pour éviter d’utiliser des circuits humides, il est essentiel de maintenir un faible niveau d’humidité résiduelle à la fin du processus de fabrication. Le personnel NCAB surveille en permanence les processus de production afin de garantir des niveaux d’humidité acceptables. La norme IPC-1602, qui traite de la manipulation et du stockage des circuits imprimés, recommande de maintenir le taux d’humidité avant conditionnement en dessous de 0,1% de leur masse, lorsque le processus auquel ils sont destinés est sans plomb.
L’emballage sous vide empêche les circuits imprimés d’absorber de la vapeur d’eau, créant ainsi une barrière efficace contre la pénétration de l’humidité pendant le transport et le stockage. NCAB participe activement à la validation de l’emballage par le fournisseur néanmoins, les conditions d’entreposage doivent être respectées par les clients à savoir : maintien d’une humidité relative inférieure à 60% et d’une température inférieure à 25°C.
Emballage et perméabilité
La perméabilité à la vapeur d’eau se mesure en grammes de vapeur d’eau traversant une unité de surface en 24h à une température de 40°C. Pour minimiser cette transmission d’humidité, NCAB définit des matériaux, des épaisseurs, et des méthodes d’emballage. Dans certains cas, comme pour les circuits très sensibles ou lorsque de longues périodes de stockage sont nécessaires, il peut être conseillé d’utiliser des sacs à barrière d’humidité (MBB/Dry pack). Il s’agit de sacs contenant une couche d’aluminium pour réduire davantage la transmission de la vapeur d’eau. Les sacs à barrière d’humidité doivent avoir un taux de transmission de vapeur d’eau inférieur à 0,031 g/m2 en 24 heures, conformément aux normes IPC-1602 et J-STD-033. NCAB s’assure que lorsque l’utilisation des sacs à barrière d’humidité est convenue avec les clients, les produits répondent à cette norme et aux méthodes d’essai correspondantes.
Indicateurs d’humidité et matériaux dessiccants
Des indicateurs d’humidité et les matériaux dessiccants peuvent être ajoutés à l’emballage, mais seulement à la demande du client. Les indicateurs d’humidité (HIC) sont de petites cartes dont les points sont préimprégnés de composés chimiques qui changent de couleur lorsque des seuils spécifiques d’humidité sont dépassés. Leur changement de couleur n’équivaut pas à un défaut ; il fournit plutôt des informations sur le niveau d’humidité maximal atteint à l’intérieur de l’emballage contenant les PCB. Cette information peut aider à déterminer s’il est nécessaire de procéder à un étuvage – un sujet que nous aborderons plus tard.
Les matériaux dessiccants absorbent la vapeur d’eau qui pénètre dans l’emballage pendant le transport et le stockage des circuits imprimés, contribuant ainsi à contrer l’augmentation de l’humidité dans l’emballage.
Si des indicateurs et des matériaux dessiccants sont demandés, ils doivent être certifiés sans soufre pour éviter la libération de composés corrosifs, tels que le sulfure d’hydrogène ou le dioxyde de soufre. Dans ce cas, NCAB spécifie les exigences relatives au produit et définit les méthodes d’incorporation de ces matériaux dans l’emballage.
Etuvage d’un circuit imprimé
Si les indicateurs signalent un niveau d’humidité critique, il est encore possible d’utiliser les circuits imprimés par un processus appelé étuvage. Pour les circuits imprimés flexibles et flex-rigides, qui présentent un comportement hygroscopique plus élevé, l’étuvage doit systématiquement être effectué.
La procédure d’étuvage consiste à exposer des circuits imprimés à des températures comprises en 105 et 125 degrés pendant 2 à 6 heures afin d’éliminer l’humidité du matériau. Une fois étuvés, les circuits imprimés doivent être assemblés dès que possible, idéalement dans les 24h. Pour plus de détails sur les méthodes et les paramètres d’étuvage, vous pouvez télécharger nos recommandations pour les circuits imprimés rigides ici.
Le choix des paramètres d’étuvage dépend également de la conception. Les plans de cuivre, par exemple, peuvent empêcher l’humidité de s’échapper, ce qui peut nécessiter un temps d’étuvage supplémentaire.
Une procédure complexe
Cependant, il est important de noter que l’étuvage peut réduire la mouillabilité de la finition de surface en raison de l’oxydation et de la croissance accélérée des composés intermétalliques (IMC), deux phénomènes exacerbés par la chaleur. L’étuvage est donc une procédure complexe. Il est généralement préférable d’éviter l’étuvage en instaurant des pratiques de stockage appropriées et en utilisant des sacs à barrière d’humidité (MBB).
Si l’étuvage reste nécessaire, il est recommandé d’adopter des paramètres prudents et d’utiliser un four sous vide ou sous azote, qui doit être décontaminé.
Le tableau suivant indique comment les différentes finitions de surface réagissent à l’étuvage et fournit des informations essentielles pour éviter les problèmes de soudabilité.
| HASL | Une épaisseur inférieure à 0.77 µm peut donner lieu à un problème de brasage dû à la couche intermétallique. |
| OSP | Four à azote, oxygène < 100 ppm, 105°C durant 1h. Si l’état est plus critique, un nouveau dépôt d’OSP est nécessaire. |
| ISn | La croissance de la couche intermétallique peut compromettre la soudabilité, surtout à la fin de la durée de conservation. |
| IAg | Le soufre ou le chlore provoquent un ternissement (visible à une épaisseur de 5 nm, compromet la soudabilité à partir de 50 nm). |
| ENIG/ENEPIG | L’oxygène peut traverser la couche d’or et oxyder la couche de nickel. Four à azote, oxygène < 100 ppm. |
Dans cet article, nous avons démontré qu’un emballage de circuit imprimé protège non seulement contre les dommages physiques et la contamination, mais agit également comme une barrière critique contre l’humidité. Il est important de noter que, bien que nous suivions une approche générale, chaque bureau NCAB peut avoir des exigences spécifiques. Par conséquent, pour plus d’informations sur l’emballage ou le stockage des marchandises, vous pouvez contacter votre interlocuteur NCAB local. Nous nous ferons un plaisir de vous aider.