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Quelles sont les principales différences entre l'assemblage SMT et l'assemblage à trous traversants en ce qui concerne la sélection des matériaux ?

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Une vue d'ensemble de la manière dont la soudure, les substrats, le flux et la conception des composants diffèrent entre les technologies SMT et les technologies de trous traversants

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Lorsque l'on compare la technologie SMT (Surface Mount Technology) à la technologie THT (Through-Hole Technology), les variations dans la sélection des matériaux apparaissent principalement dans les types de soudure utilisés, les propriétés du substrat, la performance du flux et la conception des composants électroniques.

1. Matériaux de soudure

La technologie SMT repose généralement sur la pâte à braser, qui est un mélange de particules métalliques et de flux sous une forme semi-liquide adaptée à l'impression au pochoir. Les alliages couramment utilisés comprennent des compositions Sn-Pb traditionnelles telles que Sn63/Pb37 ou des options sans plomb telles que SAC305. Ces pâtes fondent généralement à des températures plus basses, autour du point eutectique de 183°C, ce qui permet un brasage par refusion rapide et efficace.

Le THT, quant à lui, peut utiliser des fils de soudure, des préformes ou des pâtes à souder à plus forte teneur en métal. Les alliages de soudure utilisés dans la fabrication des trous borgnes doivent souvent résister à des températures plus élevées, généralement supérieures à 230°C. Des matériaux tels que Sn-Bi ou Sn-Ag-Cu-Bi sont sélectionnés pour leur résistance mécanique supérieure. Le brasage à la vague et le brasage sélectif sont des procédés courants, qui nécessitent des flux aux caractéristiques d'écoulement et de mouillage spécifiques pour obtenir des joints cohérents.

2. Matériaux de substrats

Les assemblages CMS sont généralement conçus sur des stratifiés époxy-verre FR-4 optimisés pour les circuits à haute densité et les microvias. Pour supporter la soudure par refusion standard, ces stratifiés présentent généralement une Tg d'au moins 170°C.

Les applications THT nécessitent souvent des substrats ayant une capacité thermique plus élevée. Le FR-4 à haute Tg, les matériaux céramiques tels que l'alumine (Al₂O₃) ou les cartes à surfaces métallisées (telles que les finitions nickel-or) sont utilisés pour gérer la dilatation thermique et les contraintes mécaniques. Les cartes à trous traversants nécessitent également des trous percés mécaniquement, généralement de 0,5 mm à 1,5 mm, qui sont plaqués pour assurer la continuité électrique.

3. Types de flux et exigences du processus

Dans les procédés SMT, des flux hydrosolubles ou non nettoyants sont utilisés pour minimiser les résidus et faciliter l'impression précise des pochoirs. Les profils de refusion à température contrôlée sont essentiels pour éviter les défauts de soudure tels que le pontage ou le tombstoning.

L'assemblage THT implique souvent des processus qui exposent les composants et les cartes à la soudure à la vague. C'est pourquoi des flux ayant des niveaux d'activité plus élevés sont sélectionnés pour résister à l'oxydation pendant la coulée de la brasure à haute température. Des étapes de fabrication supplémentaires, telles que l'activation du flux et le brasage à la vague, sont généralement nécessaires.

4. Emballage des composants et conception mécanique

Les composants SMT n'ont généralement pas de fils ou ont des fils très courts. Les boîtiers tels que les QFP et les BGA sont conçus avec un espacement fin, parfois aussi serré que 0,4 mm, et doivent résister à des températures de refusion allant jusqu'à 260°C. Les matériaux tels que le LCP et l'EMC sont courants en raison de leur stabilité dimensionnelle.

Les composants THT, en revanche, utilisent de longues broches qui traversent le circuit imprimé et sont soudées de l'autre côté. Ces boîtiers, tels que les connecteurs DIP ou les composants de puissance de grande taille, doivent tolérer des charges thermiques encore plus élevées - souvent supérieures à 300°C - et nécessitent un espacement suffisant entre les pastilles pour tenir compte de la flexion des fils et des contraintes mécaniques.

5. Autres différences importantes

La technologie SMT est généralement appliquée sur des circuits imprimés plus minces - généralement entre 1,6 mm et 2,0 mm - parce qu'elle ne dépend pas fortement du support mécanique du circuit imprimé. Les cartes THT sont souvent plus épaisses, 2,4 mm ou plus, afin d'améliorer la rigidité structurelle et de supporter les composants de grande taille.

Les finitions de surface diffèrent également. Le SMT utilise généralement l'ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) pour améliorer la soudabilité et la planéité. La fabrication THT, en revanche, dépend fortement des trous de passage plaqués pour garantir la conduction électrique et des liaisons mécaniques solides.

En termes d'exigences réglementaires, les conceptions SMT sont souvent alignées sur les restrictions RoHS et REACH, en particulier pour la fabrication sans plomb. Les procédés THT peuvent encore utiliser la soudure Sn-Pb dans certaines applications anciennes ou sensibles aux coûts.

Applications typiques

Le procédé SMT est largement utilisé dans les smartphones, les appareils portables, les capteurs compacts et les modules haute fréquence où la taille et la densité sont essentielles. Le THT reste le choix privilégié pour les connecteurs de puissance, les relais, les disjoncteurs, les systèmes d'allumage et d'autres composants qui doivent supporter des contraintes mécaniques ou thermiques importantes.

Dans de nombreux produits modernes, l'assemblage hybride est adopté : Le SMT gère les circuits miniaturisés ou RF, tandis que le THT assure la durabilité des composants qui nécessitent un ancrage mécanique plus solide.

Conclusion

Le choix entre SMT et THT dépend en fin de compte des priorités de conception :

Le SMT est idéal pour la miniaturisation, la haute densité de composants et la production de masse rentable.

Le THT excelle dans les environnements exigeant une résistance mécanique supérieure, une tolérance thermique élevée et une fiabilité à long terme.

De nombreux secteurs critiques, tels que l'aérospatiale et l'électronique automobile, intègrent les deux technologies pour obtenir des performances équilibrées.