Depuis 2006, suite \u00e0 la mise en \u0153uvre de la directive europ\u00e9enne 2002\/95 \/ CE dans la loi sur les \u00e9quipements \u00e9lectriques, il est stipul\u00e9 pour la grande majorit\u00e9 des fabricants d’\u00e9lectronique industrielle qu’ils doivent utiliser des soudures sans plomb pour la production de leurs assemblages. Selon cette loi, \u00absans plomb\u00bb signifie les soudures qui ne contiennent pas plus de 0,1% de plomb et sont donc inf\u00e9rieures aux valeurs limites sp\u00e9cifi\u00e9es. Cette directive europ\u00e9enne a \u00e9t\u00e9 remplac\u00e9e par 2011\/65 \/ UE en 2013. Rien n’a chang\u00e9 dans les valeurs limites autoris\u00e9es pour les soudures du brasage tendre. Seuls quelques retardateurs de flamme, qui \u00e9taient utilis\u00e9s dans le domaine de la production de circuits imprim\u00e9s ont \u00e9galement \u00e9t\u00e9 ajout\u00e9s.<\/p>\n\n\n\n
En juin 2018, le plomb a \u00e9t\u00e9 ajout\u00e9 \u00e0 la liste des substances extr\u00eamement pr\u00e9occupantes de la loi europ\u00e9enne sur les produits chimiques (SVHC – \u00abSubstances of Very High Concern\u00bb). Cela a conduit \u00e0 une modification de l’exigence d’\u00e9tiquetage pour tous les produits de soudure contenant du plomb (par exemple, les fils de soudure) contenant plus de 0,3% de plomb sous forme solide, car le plomb est \u00e0 juste titre class\u00e9 comme toxique pour la reproduction \u00e0 partir de cette date. Il ne s’agit en aucun cas d’une chicane, mais refl\u00e8te la n\u00e9cessit\u00e9 d’adapter la manipulation des soudures au plomb aux connaissances actuelles sur leur dangerosit\u00e9.<\/p>\n\n\n\n
Cette classification comme toxique pour la reproduction signifiait que la soudure contenant du plomb ne pouvait \u00eatre vendue qu’\u00e0 des personnes sp\u00e9cialement form\u00e9es. Ainsi, diverses exigences juridiques obligent aujourd’hui de nombreux amateurs d’\u00e9lectronique \u00e0 se pr\u00e9occuper du sujet. Bien entendu, il existe des exceptions, la RoHS se r\u00e9f\u00e8re \u00e0 la “mise sur le march\u00e9” des assemblages \u00e9lectroniques. Est-ce fait par un utilisateur priv\u00e9, qui \u00e9labore lui-m\u00eame ses projets, les soude puis les utilise – et qui ne les \u00abmet pas sur le march\u00e9\u00bb? Probablement pas, mais cela ne change rien \u00e0 ce que nous savons des dangers de la manipulation du plomb.<\/p>\n\n\n\n
Le passage des soudures au plomb aux soudures sans plomb a bien fonctionn\u00e9 \u00e0 grande \u00e9chelle dans l’industrie. Bien entendu, des ajustements de la technologie ont \u00e9t\u00e9 n\u00e9cessaires et bien entendu les param\u00e8tres de production devaient \u00eatre ajust\u00e9s. L’un ou l’autre composant ainsi que les circuits imprim\u00e9s devaient \u00eatre optimis\u00e9s en termes de r\u00e9sistance \u00e0 la temp\u00e9rature. Mais dans le domaine du brasage manuel avec une station de soudage, les r\u00e9glages n\u00e9cessaires sont maintenus dans des limites \u00e9troites. Certains des premiers assemblages sans plomb fonctionnent depuis 15 ans – et il n’y a aucune cause de d\u00e9faillance qui peut \u00eatre attribu\u00e9e \u00e0 l’utilisation d’alliages sans plomb.<\/p>\n\n\n\n
Quelles sont les principales diff\u00e9rences entre les alliages utilis\u00e9s dans le secteur des alliages? Contient du plomb Sn63Pb37 sous forme d’alliage eutectique avec un point de fusion de 183 \u00b0 C ou des variations avec plus de plomb ou un peu de cuivre \/ argent comme additif avec des plages de fusion autour de 179-190 \u00b0 C. Ceux-ci ont constitu\u00e9 la norme pendant de nombreuses ann\u00e9es. Ces alliages pouvaient \u00eatre trait\u00e9s avec une station de soudage de 30 \u00e0 50 W avec une temp\u00e9rature de pointe de soudage de 300 \u00e0 320 \u00b0 C. La soudure est devenue liquide, le flux a \u00e9limin\u00e9 les oxydes des surfaces \u00e0 souder, l’\u00e9tain de la soudure a dissous le cuivre (ou d’autres m\u00e9tallisations) sur le composant ou la carte de circuit imprim\u00e9 et une phase interm\u00e9tallique a \u00e9t\u00e9 cr\u00e9\u00e9e. Cela a rendu le joint de soudure bien form\u00e9, r\u00e9silient et durable.<\/p>\n\n\n\n
Les alliages sans plomb contiennent g\u00e9n\u00e9ralement une proportion d’\u00e9tain beaucoup plus \u00e9lev\u00e9e. Au lieu de 63%, cela ressemble plus \u00e0 95 \u00e0 99% de Sn. En cons\u00e9quence, le point de fusion de l’alliage s’\u00e9l\u00e8ve \u00e0 217 – 227 \u00b0 C, mais l’\u00e9tain a toujours \u00e9t\u00e9 le composant de la brasure qui forme la phase interm\u00e9tallique et peut “desserrer” toutes les surfaces m\u00e9talliques soudables. Le plomb n’a toujours \u00e9t\u00e9 que le composant “inerte” (inactif) de l’alliage, avec l’avantage de le rendre moins cher et de r\u00e9duire le point de fusion de l’\u00e9tain de 232 \u00e0 183 \u00b0 C. Cependant, plus d’\u00e9tain dans la soudure en combinaison avec une temp\u00e9rature de soudage plus \u00e9lev\u00e9e signifie maintenant que vous devez accorder plus d’attention \u00e0 vos outils et \u00e0 la m\u00e9tallisation des composants. La soudure dissout non seulement les surfaces de cuivre plus rapidement, mais elle se dissout \u00e9galement plus rapidement. Avant que vous ne vous en rendiez compte, la pastille du circuit imprim\u00e9 s’est dissoute.<\/p>\n\n\n\n
Mais regardons de plus pr\u00e8s certains alliages standards sans plomb : si vous voulez atteindre les 217 \u00b0 C susmentionn\u00e9s comme l’une des temp\u00e9ratures les plus basses possibles dans la gamme SnAgCu, la composition avec Sn95.5%, Ag3.8% Cu0,7% doit \u00eatre utilis\u00e9. L’avantage est le point de fusion relativement bas, l’inconv\u00e9nient est le presque 4% d’argent dans la soudure, ce qui peut presque doubler le prix du fil de soudure. En principe, cet alliage contenant de l’argent peut \u00eatre rendu un peu moins cher en r\u00e9duisant la teneur en argent \u00e0 3%. Ensuite, l’alliage a une plage de fusion de 217 \u00e0 223 \u00b0 C, mais cela n’est pas vraiment perceptible lors du traitement ou lors de l’examen de la long\u00e9vit\u00e9 d’un joint de soudure. En tant qu’alliage le moins cher, l’alliage \u00e9tain-cuivre (Sn99,3% Cu0,7%) peut \u00eatre utilis\u00e9 comme alliage eutectique avec un point de fusion d\u00e9fini de 227 \u00b0 C sans argent. Avec cet alliage \u00e9galement, la temp\u00e9rature ne doit pas n\u00e9cessairement \u00eatre augment\u00e9e de 10 \u00b0 C au niveau de la pointe de fer \u00e0 souder par rapport \u00e0 un alliage contenant de l’argent.<\/p>\n\n\n\n
Pour toutes les soudures sans plomb, la m\u00eame r\u00e8gle empirique s’applique pour d\u00e9terminer la temp\u00e9rature requise pour la pointe du fer \u00e0 souder que pour les soudures au plomb:\n<\/p>\n\n\n\n
Liquidus (point de liqu\u00e9faction) de l’alliage + 120 \u00b0 C = temp\u00e9rature de fonctionnement \u00e0 la pointe du fer \u00e0 souder<\/strong> Ainsi, arithm\u00e9tiquement, une soudure contenant du plomb avec une plage de fusion de 183-190 \u00b0 C donne une temp\u00e9rature de la pointe de 310 \u00b0 C comme valeur de d\u00e9part. Avec Sn99.3 Cu0.7 \u00e0 227 \u00b0 C, 350 \u00b0 C est donc le point de d\u00e9part pour commencer la soudure. Si 10 \u00e0 20 \u00b0 C de plus sont n\u00e9cessaires pour entrer une certaine quantit\u00e9 de chaleur en peu de temps, cela peut certainement \u00eatre une option. Les temp\u00e9ratures sup\u00e9rieures \u00e0 380 \u00b0 C endommagent g\u00e9n\u00e9ralement les circuits imprim\u00e9s et les composants plus qu’ils n’aident. Le flux dans le fil br\u00fble \u00e9galement beaucoup plus rapidement, de sorte qu’\u00e0 une certaine temp\u00e9rature, il ne peut effectuer sa t\u00e2che que pendant un certain temps. Chaque augmentation de temp\u00e9rature de 10 \u00b0 C divise par deux la dur\u00e9e active du flux. Le temps n\u00e9cessaire pour \u00e9liminer les oxydes devient plus court – \u00e0 un moment donn\u00e9, il est trop court. En fin de compte, il ne s’agit pas de temp\u00e9ratures absolues qui sont n\u00e9cessaires. Le brasage tendre implique toujours l’apport de la quantit\u00e9 d’\u00e9nergie n\u00e9cessaire et l’atteinte de certaines temp\u00e9ratures minimales. La brasure doit \u00eatre liquide, elle doit \u00eatre \u00e0 une certaine temp\u00e9rature au-dessus du liquidus pour permettre \u00e0 la m\u00e9tallisation de se dissoudre et de former ainsi les phases interm\u00e9talliques et donc un point de soudure \u00e9lastique.<\/p>\n\n\n\n Les alliages sans plomb bri\u00e8vement d\u00e9crits ci-dessus ont tous une r\u00e9sistance \u00e0 long terme suffisante : on peut approximativement d\u00e9finir les soudures contenant de l’argent comme plus adapt\u00e9es aux applications avec des changements de temp\u00e9rature plus \u00e9lev\u00e9s, souvent associ\u00e9s \u00e0 des contraintes m\u00e9caniques permanentes (vibrations). L’utilisation dans les voitures peut \u00eatre cit\u00e9e \u00e0 titre d’exemple. Les soudures \u00e0 faible teneur en argent ou sans argent sont souvent, mais pas exclusivement, utilis\u00e9es dans l’\u00e9lectronique grand public. Pas de variations de temp\u00e9rature excessives, charge m\u00e9canique inf\u00e9rieure. Ce sont les domaines o\u00f9 vous pouvez certainement vous passer de l’argent. De plus, des facteurs tels que la quantit\u00e9 de soudure, la disposition de la g\u00e9om\u00e9trie de soudage et la m\u00e9tallisation utilis\u00e9e sur le composant et la carte du circuit imprim\u00e9 ont \u00e9galement une influence significative sur l’\u00e9valuation de la fiabilit\u00e9 \u00e0 long terme d’un joint soud\u00e9. Il ne s’agit donc jamais simplement de savoir quelle soudure est utilis\u00e9e pour se d\u00e9composer et d’y r\u00e9pondre.<\/p>\n\n\n\n En outre, il y a eu de nombreux d\u00e9veloppements dans le domaine des alliages de brasage ces derni\u00e8res ann\u00e9es qui peuvent optimiser la fiabilit\u00e9 \u00e0 long terme et d’autres propri\u00e9t\u00e9s des brasures standard. Ces soudures micro-alli\u00e9es sont bas\u00e9es sur les soudures \u00e0 base \u00e9tain-cuivre ou \u00e9tain-argent-cuivre mentionn\u00e9es ci-dessus, mais environ 500 ppm de micro-composants contr\u00f4l\u00e9s sont ajout\u00e9s. Ce sont souvent du nickel, du cobalt ou d’autres m\u00e9taux et semi-m\u00e9taux. Ceux-ci r\u00e9duisent les propri\u00e9t\u00e9s de dissolution et cr\u00e9ent un raffinement de la microstructure dans le joint de soudure. Que signifie un raffinement de la microstructure? Des joints de grains plus fins dans la soudure permettent au joint de soudure d’absorber beaucoup plus d’\u00e9nergie m\u00e9canique avant qu’il ne soit m\u00e9caniquement d\u00e9truit dans les tests d’alternance de choc thermique – la fiabilit\u00e9 \u00e0 long terme est meilleure. Les pannes \u00e0 souder vivent \u00e9galement plus longtemps car la couche de fer mouillable sur la pointe se dissout beaucoup plus lentement. Le cuivre se dissoudra \u00e9galement beaucoup plus lentement dans la soudure, l’\u0153il de soudure sur la carte de circuit imprim\u00e9 restera plus longtemps, le processus de r\u00e9paration peut \u00eatre plus fiable. Une s\u00e9rie de lots bien connue sont les lots de la s\u00e9rie FLOWTIN. Une dur\u00e9e de vie plus longue des pannes \u00e0 souder par rapport \u00e0 une soudure standard de 30 \u00e0 50% peut \u00eatre obtenue en manipulant soigneusement les param\u00e8tres et les outils de soudage.<\/p>\n\n\n\n<\/span>\u00c9tant donn\u00e9 qu’un fil \u00e0 souder ne se compose pas seulement de l’alliage, mais qu’il est \u00e9galement un composant essentiel du flux qu’il contient, voici une br\u00e8ve excursion dans la diff\u00e9rence des flux utilis\u00e9s dans les fils de soudure sans plomb \/ contenant du plomb. La t\u00e2che du flux est d’\u00e9liminer les oxydes sur les composants impliqu\u00e9s : composant, carte de circuit imprim\u00e9 et bien s\u00fbr aussi brasage liquide. Il doit le faire le plus longtemps possible afin d’avoir une grande fen\u00eatre de processus lors du soudage. En fonction du type et de la quantit\u00e9 d’oxyde sur l’\u00e9l\u00e9ment \u00e0 souder, l’activit\u00e9 doit \u00eatre adapt\u00e9e. Il existe des flux sans halog\u00e8ne, ainsi que des flux contenant un halog\u00e8ne un peu plus puissants. Les deux groupes \u00e9liminent les oxydes au moyen d’une r\u00e9action acide-oxyde m\u00e9tallique. Cependant, le flux pour soudures sans plomb doit r\u00e9aliser ce m\u00e9canisme de r\u00e9action \u00e0 une temp\u00e9rature plus \u00e9lev\u00e9e et donc \u00eatre actif plus longtemps m\u00eame \u00e0 une temp\u00e9rature de brasage plus \u00e9lev\u00e9e. Le flux doit pouvoir s’\u00e9couler en quantit\u00e9 suffisante avant la soudure, \u00e9liminer les oxydes, transporter les sels r\u00e9sultants avant la soudure et laisser la soudure liquide avec une surface m\u00e9tallique bien propre et pure. Ensuite, le processus de diffusion peut avoir lieu et le joint de soudure est form\u00e9. Avec l’augmentation des temp\u00e9ratures de brasage, le flux doit \u00e9galement \u00eatre ajust\u00e9 pour que la pulv\u00e9risation du flux et le mouillage soient optimis\u00e9s. C’est l\u00e0 que les deux flux activ\u00e9s diff\u00e9remment Kristall 600 et 611<\/a> entrent en jeu. Ceux-ci ont \u00e9t\u00e9 d\u00e9velopp\u00e9s en combinaison avec les soudures sans plomb et micro-alli\u00e9es et peuvent ainsi jouer leur plein potentiel sur des surfaces oxyd\u00e9es diff\u00e9remment.<\/p>\n\n\n\n Lors de la s\u00e9lection du flux, vous devez toujours utiliser le plus faible. Tout ce qui ne reste pas sur l’assemblage en tant qu’activateurs et leurs produits de r\u00e9action dans le r\u00e9sidu ne peut poser aucun probl\u00e8me de fiabilit\u00e9 \u00e0 long terme. Toujours aussi fort et autant que n\u00e9cessaire pour obtenir une bonne r\u00e9action de mouillage.<\/p>\n\n\n\n Un autre avantage de ces fils de soudure est qu’ils ne sont fabriqu\u00e9s qu’avec de l’\u00e9tain de la gamme Stannol Fairtin<\/a>. Non seulement la qualit\u00e9 des mati\u00e8res premi\u00e8res joue un r\u00f4le ici, mais \u00e9galement d’autres facteurs tels que les conditions de travail lors de l’extraction de l’\u00e9tain, les normes environnementales utilis\u00e9es et bien plus encore.<\/p>\n\n\n\n La quantit\u00e9 d’\u00e9nergie requise \u00e9tant plus \u00e9lev\u00e9e, le transfert de chaleur vers le point de soudage doit \u00e9galement \u00eatre consid\u00e9r\u00e9 comme l’aspect le plus important lors du soudage. Ici, il est important de cr\u00e9er une surface de contact optimale pour le transfert de chaleur. Dans ce contexte, optimal signifie le plus grand possible! C’est assez facile \u00e0 faire: utilisez simplement la panne \u00e0 souder avec la plus grande surface de contact et ne laissez pas la pointe fine de l’aiguille attach\u00e9e toute la journ\u00e9e. Chaque t\u00e2che de soudure a donc une panne de soudure optimale. En raison d’une plus grande zone de transition, cela fournit une plus grande quantit\u00e9 d’\u00e9nergie en m\u00eame temps, de sorte que le besoin d’\u00e9nergie plus \u00e9lev\u00e9 pour la fusion de la brasure sans plomb n’a pas \u00e0 \u00eatre compens\u00e9 en augmentant la temp\u00e9rature de travail. Cela conduirait \u00e0 nouveau \u00e0 une usure plus rapide de la panne \u00e0 souder.<\/p>\n\n\n\n Des recherches ont montr\u00e9 qu’une augmentation de temp\u00e9rature de 360 \u200b\u200b\u00b0 C \u00e0 410 \u00b0 C augmente l’usure de la panne de soudage de mani\u00e8re presque exponentielle lors de l’utilisation d’alliages sans plomb. La dur\u00e9e de vie de la panne \u00e0 souder n’est pas seulement divis\u00e9e par deux, elle est consid\u00e9rablement r\u00e9duite. Il faut donc g\u00e9n\u00e9ralement envisager un temps de soudure ou de contact l\u00e9g\u00e8rement plus long pour le point de soudure afin de ne pas avoir \u00e0 augmenter inutilement la temp\u00e9rature de travail.<\/p>\n\n\n\n Un autre facteur important est le choix du bon outil. La technologie de transfert de chaleur joue un r\u00f4le essentiel. Des temps de r\u00e9action rapides du fer \u00e0 souder \u00e0 une demande de chaleur accrue sont un facteur fondamental pour maintenir la temp\u00e9rature de travail aussi basse que possible.<\/p>\n\n\n\n Les technologies de pannes \u00e0 souder actives, dans lesquelles la panne \u00e0 souder forme une \u00abunit\u00e9\u00bb d’\u00e9l\u00e9ment chauffant, de capteur et de zone mouillable, ont un temps de chauffe tr\u00e8s rapide (environ 3 secondes) et peuvent \u00eatre r\u00e9ajust\u00e9es en cons\u00e9quence rapidement. Cet avantage des pointes chauff\u00e9es directement va de pair avec un prix beaucoup plus \u00e9lev\u00e9. Mais gr\u00e2ce au temps de chauffage rapide, ces pannes \u00e0 souder peuvent entrer automatiquement en temp\u00e9rature de veille plus rapidement, ce qui r\u00e9duit l’usure et la consommation d’\u00e9nergie.<\/p>\n\n\n\n Les technologies de pointe \u00e0 souder passives s\u00e9parent l’\u00e9lectronique de commande du fer \u00e0 souder (\u00e9l\u00e9ment chauffant \/ capteur) de la panne \u00e0 souder, qui peut ensuite \u00eatre remplac\u00e9e en tant que pi\u00e8ce d’usure – et co\u00fbte moins cher. Afin de pouvoir utiliser de mani\u00e8re optimale l’efficacit\u00e9 de la technologie passive, une bonne surface de contact entre la panne \u00e0 souder et le fer \u00e0 souder est importante et un outil de soudage puissant d’au moins 80 W ou plus est essentiel (par exemple Weller WSP 80, WTP 90, WXP 120).<\/p>\n\n\n\n Si vous avez ensuite s\u00e9lectionn\u00e9 le fil de soudure avec le flux optimal, qui peut \u00e9liminer les oxydes pr\u00e9sents, vous pourrez obtenir une bonne r\u00e9action de mouillage.<\/p>\n\n\n\n L’apparence des joints de soudure sans plomb est un peu diff\u00e9rent des joints de soudure contenant du plomb. Alors que la \u00abr\u00e8gle 3G\u00bb (uniforme, lisse et brillante) s’applique toujours aux joints de soudure contenant du plomb, ces crit\u00e8res ne s’appliquent que dans une mesure limit\u00e9e aux joints de soudure sans plomb. Le crit\u00e8re le plus important pour un joint de soudure sans plomb est le “m\u00e9nisque” bien form\u00e9. Cet angle de mouillage visible peut \u00eatre vu sur la surface du joint de soudure. \u00c9tant donn\u00e9 que la composition des alliages sans plomb et contenant de l’argent signifie que les surfaces sont plus rugueuses, elles ne peuvent pas briller aussi bien et elles ne peuvent pas vraiment r\u00e9pondre \u00e0 la r\u00e8gle \u00ab3G\u00bb. Mais ici aussi, il existe des soudures sans argent avec des composants en micro-alliage qui peuvent cr\u00e9er un joint de soudure brillant avec une soudure \u00e0 base de SnCu. Flowtin TC ou SN100c sont mentionn\u00e9s ici \u00e0 titre d’exemples.<\/p>\n\n\n\n Le soudage sans plomb n’est pas difficile – c’est juste diff\u00e9rent du soudage avec des soudures au plomb. <\/p>\n\n\n\n Les crit\u00e8res de qualit\u00e9 changent et les outils de soudage \u00e0 utiliser peuvent devoir \u00eatre adapt\u00e9s. Mais la s\u00e9curit\u00e9 \u00e9lectrique d’un point de soudure sans plomb n’est en rien inf\u00e9rieure \u00e0 un point de soudure plomb\u00e9! Si vous vous \u00eates familiaris\u00e9 avec la modification du comportement d’\u00e9talement et de mouillage d’un alliage sans plomb et que vous acceptez un temps de soudage l\u00e9g\u00e8rement plus long afin de ne pas augmenter inutilement la temp\u00e9rature, vous constaterez rapidement que la soudure est en fait inchang\u00e9e. <\/p>\n\n\n\n Testez diff\u00e9rents alliages sans plomb en tant que cartes d’emballage de test peu co\u00fbteuses sans grande d\u00e9pense financi\u00e8re pour trouver la soudure adapt\u00e9e \u00e0 votre application:<\/p>\n\n\n\n Etain de brasage<\/a><\/p>\n\n\n\n \u00c9tain de soudure HS10 FAIR sans plomb avec teneur en cuivre, \u00d8 1<\/a><\/p>\n\n\n\n
<\/p>\n\n\n\nD\u00e9veloppements dans les alliages de soudure<\/h3>\n\n\n\n
Travailler avec une soudure sans plomb<\/h2>\n\n\n\n<\/span>Consid\u00e9rons maintenant le processus de travail avec la soudure sans plomb. Pour un joint de soudure sans plomb, vous avez besoin de plus d’\u00e9nergie que celui contenant du plomb dans les m\u00eames conditions-cadres. Cela s’applique \u00e0 tous les processus de soudage, que vous utilisiez du fil \u00e0 souder ou de la p\u00e2te \u00e0 souder.<\/p>\n\n\n\n
Conclusion<\/h2>\n\n\n\n