Les pastilles, éléments fondamentaux du montage en surface, constituent le motif de connexion sur un circuit imprimé. Ce motif est composé de différentes combinaisons de pastilles conçues pour des types de composants spécifiques. Les pastilles servent de supports partiellement conducteurs pour les connexions électriques, la fixation des dispositifs, ou les deux.
La géométrie des pastilles peut varier selon le type de brasage utilisé pour le montage des composants électroniques. Dans la mesure du possible, la forme des pastilles doit être définie de manière à être indépendante du procédé de montage. Que les composants soient montés sur une ou deux faces de la carte, et soumis à un brasage à la vague, par refusion ou par d'autres procédés, les dimensions des pastilles et des composants doivent être optimisées afin de garantir une bonne formation des joints de brasage et la conformité aux normes d'inspection. Bien que les motifs des pastilles soient définis dimensionnellement et fassent partie de la géométrie du circuit imprimé, ils sont soumis aux contraintes de fabrication et aux tolérances liées au métallisation, à la gravure, à l'assemblage ou à d'autres conditions. L'utilisation d'un vernis épargne et l'alignement entre ce vernis et les pistes conductrices influencent également la fabricabilité.
1. Exigences relatives aux coussins
La norme CEI 61188 reconnaît la nécessité de définir des objectifs différents concernant les conditions de saillie des cordons de soudure ou des pastilles. Cette nouvelle norme internationale confirme deux approches fondamentales pour le développement de la forme des pastilles :
1) Données précises basées sur les spécifications des composants industriels, les capacités de fabrication des circuits imprimés et la précision du placement des composants. La forme de ces pastilles est spécifique à chaque composant et est identifiée par un numéro de forme.
2) Équations permettant de modifier les informations fournies afin d'obtenir une soudure plus robuste. Ceci s'applique dans des cas particuliers où la précision du positionnement ou du montage varie plus ou moins que prévu lors de la détermination des caractéristiques des pastilles.
La norme définit les conditions de matériau maximales, moyennes et minimales pour les pastilles utilisées pour le montage de diverses broches ou bornes de composants. Sauf indication contraire, cette norme désigne les trois “ cibles souhaitées ” comme étant de niveau 1, niveau 2 ou niveau 3.
Niveau 1 : Maximum – Pour les applications à faible densité, le niveau de pastille “ maximum ” est utilisé pour le brasage à la vague ou par refusion des composants sans broches et des composants à ailettes avec broches. La géométrie configurée pour ces composants, ainsi que pour les composants à broches de type “ J ” orientées vers l’intérieur, offre une plus grande flexibilité de processus pour le brasage manuel et le brasage par refusion.
Niveau 2 : Moyen – Les produits à densité de composants modérée peuvent envisager cette géométrie de pastille “ moyenne ”. Proches de la géométrie de pastille standard IPC-S-782, les pastilles moyennes, configurées pour tous les types de composants, offrent des conditions de brasage robustes pour les procédés de refusion et conviennent parfaitement au brasage à la vague ou au flux des composants sans broches et à broches.
Niveau 3 : Minimal – Les produits à forte densité de composants (applications portables typiques) peuvent envisager une géométrie de plot minimale. Ce choix peut ne pas convenir à tous les produits. Avant d’opter pour une géométrie de plot minimale, il convient de prendre en compte les contraintes du produit et de réaliser des tests conformément aux conditions décrites dans le tableau.
Les géométries de pastilles décrites dans la norme IPC-SM-782 et définies dans la norme IEC 61188 doivent tenir compte des tolérances des composants et des variations de processus. Bien que les pastilles de la norme IPC offrent une interface robuste pour la plupart des applications d'assemblage, certaines entreprises ont exprimé le besoin de géométries de pastilles minimales pour l'électronique portable et d'autres applications haute densité spécifiques.
La norme internationale relative aux pastilles de montage en surface (IEC 61188) prend en compte les exigences des applications à haute densité de composants et fournit des informations sur la géométrie des pastilles pour des types de produits spécifiques. Ces informations visent à spécifier les dimensions, les formes et les tolérances appropriées pour les pastilles de montage en surface afin de garantir une surface suffisante pour la formation d'un cordon de soudure correct, tout en permettant l'inspection, les tests et la reprise de ces joints de soudure.
2. BGA et CAP
Le boîtier BGA a évolué pour s'adapter aux techniques de brasage actuelles. Les composants BGA en plastique et en céramique présentent des pas de contact relativement larges (1,50, 1,27 et 1,00 mm), tandis que les BGA à l'échelle de la puce ont des pas de grille de 0,50, 0,60 et 0,80 mm. Les BGA standard et les BGA à pas fin sont moins sensibles aux dommages que les circuits intégrés en boîtiers à broches à pas fin. La norme BGA permet une réduction sélective du nombre de points de contact afin de répondre à des exigences spécifiques d'entrée/sortie (E/S). Lors de la définition de l'agencement des points de contact et des broches des composants BGA, les concepteurs de boîtiers doivent prendre en compte la conception de la puce ainsi que les dimensions et la forme du bloc. Un autre point important lors de l'agencement technique des broches est l'orientation de la puce (les pastilles du module doivent être orientées vers le haut ou vers le bas). La configuration “ face vers le haut ” est généralement utilisée lorsque les fournisseurs emploient la technologie COB (Chip-on-Board).
La construction des composants et les matériaux utilisés pour leur fabrication ne sont pas définis par cette norme ni par ces directives industrielles. Chaque fabricant s'efforce d'adapter sa structure spécifique aux exigences d'application définies par l'utilisateur. Par exemple, les produits grand public peuvent fonctionner dans des environnements relativement cléments, tandis que les applications industrielles ou automobiles exigent souvent des performances sous des conditions de contrainte plus sévères. Selon les propriétés physiques des matériaux sélectionnés pour la fabrication du BGA, les techniques de retournement de puce (flip-chip) ou de câblage par fil peuvent être employées. La structure de montage de la puce étant rigide, la base de montage du module est généralement centrée sur des conducteurs, les signaux étant acheminés des pastilles du module vers un réseau de billes de contact.
Le boîtier à matrice de contacts (BGA) décrit dans ce document est fourni dans la publication JEDEC 95. BGA carrés : la norme JEDEC MS-028 définit une catégorie de composants BGA rectangulaires en plastique de petite taille, avec un pas de contact de 1,27 mm. Les dimensions globales de ce composant matriciel offrent une grande flexibilité, notamment en ce qui concerne l’espacement des broches, la disposition de la matrice de contact et la construction. La norme JEDEC MO-151 définit différents BGA encapsulés en plastique. Les profils carrés couvrent des dimensions de 7,0 à 50,0 mm, avec trois options de pas de contact : 1,50, 1,27 et 1,00 mm.
Les contacts à billes peuvent être répartis selon un motif unique, les rangées et les colonnes étant disposées en nombre pair ou impair. Bien que la disposition doive conserver une symétrie sur l'ensemble du boîtier, les fabricants de composants sont autorisés à réduire le nombre de contacts dans certaines zones.
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