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Lorsqu'il s'agit de fabrication de produits électroniques, le choix d'un soudure Le choix d'un alliage n'est pas une décision unique. Chaque alliage possède ses propres atouts, ses coûts et son aptitude à s'adapter aux différents processus de fabrication et environnements d'utilisation finale.

Que vous construisiez des smartphones ou que vous assembliez des modules de commande pour véhicules, l'alliage de soudure que vous utilisez aura un impact sur la fiabilité, la fabricabilité et la conformité. Ce guide présente de manière pratique les différences entre les alliages de soudure et la manière de faire le bon choix pour votre application.

Qu'est-ce qu'un alliage de soudure ?

Un alliage de soudure est un mélange de métaux conçu pour créer des connexions électriques et mécaniques fiables entre des surfaces métalliques. Bien qu'il s'agisse d'un étain pur Bien que le plomb puisse techniquement être utilisé à cette fin, son alliage avec d'autres éléments améliore considérablement les performances en ajustant les propriétés telles que le point de fusion, le comportement de mouillage, la solidité et la résistance à l'oxydation. Les éléments d'alliage courants sont le plomb (Pb), l'argent (Ag), le cuivre (Cu), le nickel (Ni), l'antimoine (Sb) et le bismuth (Bi).

Ces combinaisons sont soigneusement conçues pour répondre aux exigences d'applications spécifiques - certaines conviennent mieux aux assemblages aérospatiaux à haute fiabilité, tandis que d'autres sont optimisées pour les biens de consommation à haut volume.

Facteurs clés dans la sélection des alliages

Le coût est toujours un facteur à prendre en considération, en particulier dans le cas d'une production en grande quantité. L'argent, par exemple, améliore le mouillage et la résistance, mais il augmente aussi considérablement le coût du matériau. Les alliages à faible teneur en argent ou les formulations sans argent peuvent contribuer à réduire les dépenses sans compromettre gravement les performances, en fonction de l'application.

La résistance et la fiabilité sont tout aussi importantes, en particulier dans les assemblages qui seront soumis à des contraintes thermiques ou mécaniques. Dans ces cas, un alliage offrant une excellente résistance à la fatigue et une grande durabilité des joints constitue un meilleur investissement, même si son prix est légèrement plus élevé.

La température de fusion d'un alliage joue également un rôle essentiel. Des points de fusion plus élevés peuvent accroître la contrainte thermique sur les composants et les substrats, ce qui est particulièrement problématique pour les pièces sensibles à la température. Par ailleurs, un alliage point de fusion plus bas peuvent faciliter le traitement, mais peuvent ne pas offrir une résistance ou une fiabilité suffisantes pour les environnements exigeants.

Enfin, la conformité environnementale et réglementaire détermine souvent le choix de l'alliage. En 2006, la directive sur la restriction des substances dangereuses (RoHS) a changé la donne, en limitant l'utilisation du plomb dans les produits électroniques vendus sur de nombreux marchés mondiaux. Cela a conduit à une transition généralisée des soudures traditionnelles à l'étain et au plomb vers des alternatives sans plomb, en particulier dans les applications grand public et commerciales. Toutefois, certaines industries, telles que l'aérospatiale et l'armée, sont toujours exemptées et continuent à utiliser des soudures au plomb très fiables.

Soudure au plomb et soudure sans plomb

Pendant des décennies, l'alliage de prédilection pour le brasage était le Sn63Pb37, un alliage eutectique étain-plomb connu pour ses excellentes propriétés de mouillage, sa solidification rapide et son faible point de fusion de 183 °C. Ces caractéristiques facilitaient le travail, en particulier dans le cadre de la production de masse. Ces caractéristiques le rendaient facile à utiliser, en particulier dans le cadre de la production de masse. Malgré les changements de réglementation, il est encore utilisé aujourd'hui dans les secteurs où des exemptions s'appliquent, principalement en raison de ses performances inégalées en termes de fiabilité et de facilité de mise en œuvre.

La directive RoHS a poussé une grande partie de l'industrie électronique vers le brasage sans plomb, ce qui a entraîné une vague d'innovation dans le développement des alliages. Les fabricants ont commencé à explorer de nouveaux éléments d'alliage dans différentes combinaisons afin d'identifier des alternatives viables. En fin de compte, de nombreux alliages sans plomb avaient tendance à avoir des points de fusion plus élevés et des comportements de mouillage différents, ce qui nécessitait des ajustements au niveau des processus et des matériaux.

Un bref aperçu des générations d'alliages sans plomb

Aucun alliage n'est apparu comme un substitut parfait à l'étain-plomb traditionnel. Au lieu de cela, développement d'alliages a progressé par étapes, chacune d'entre elles tenant compte des limites des précédentes.

Alliages sans plomb de première génération inclure SAC305La soudure à l'étain est un mélange d'étain, d'argent et de cuivre contenant 3% d'argent et 0,5% de cuivre. Il est devenu un standard industriel en raison de ses solides performances globales et de sa disponibilité sous toutes les formes de soudure (pâte, barre et fil). Cependant, le SAC305 présente des inconvénients. Il est plus cher que l'étain-plomb et moins tolérant en termes de contraintes thermiques et de fiabilité mécanique.

Alliages de deuxième génération ont été introduites en réponse à ces préoccupations. Il s'agit d'options à faible teneur en argent comme SAC105 et SAC0307, ainsi que d'alternatives sans argent comme SN100C. Ces alliages réduisent les coûts et, dans certains cas, offrent des avantages tels que les scories inférieures ou la réduction de l'érosion du cuivre lors du soudage à la vague. Cependant, ils présentent généralement des températures de fusion plus élevées et, dans certains cas, une résistance mécanique plus faible.

Alliages de troisième génération adoptent une nouvelle approche, en tirant parti d'éléments tels que le bismuth, qui étaient auparavant évités en raison de l'incompatibilité avec le plomb. Avec l'abandon progressif des anciens procédés au plomb, des alliages tels que l'alliage AIM REL61 et REL22 ont offert des avantages significatifs. REL61, par exemple, réduit les coûts et améliore les performances par rapport à SAC305. REL22, quant à lui, est conçu pour haute fiabilitérivalisant avec l'étain-plomb dans les applications difficiles ou critiques.

Adapter l'alliage à l'application

Le choix de l'alliage approprié dépend à la fois de votre processus et des exigences de votre produit final. Vous trouverez ci-dessous quelques lignes directrices générales pour savoir quand utiliser tel ou tel type d'alliage :

• Applications générales sans plomb: Le SAC305 reste un produit de référence en raison de sa polyvalence et de sa réputation bien établie. Il est disponible dans pratiquement toutes les formes de produits de brasage et est compatible avec les environnements mixtes Pb/Pb-free.
• Un brasage à la vague fiable et économique: Le SN100C est très performant dans ce domaine. Il réduit la dissolution du cuivre et la formation de crasses, améliorant ainsi la stabilité du processus. Il offre également de bonnes performances mécaniques et est souvent plus économique que le SAC305.
• Des processus sans PB et sensibles aux coûts: REL61 offre un excellent équilibre entre performance et valeur. Sa teneur en bismuth améliore le mouillage et réduit la formation de vides, mais le rend potentiellement incompatible avec les processus dans lesquels du plomb peut être présent.
• Applications à haute fiabilité: Le REL22 est conçu pour les environnements extrêmes : sous le capot des automobiles, dans l'aérospatiale ou pour les contrôles industriels. Il offre une résistance à la fatigue et une stabilité thermique supérieures, mais le coût des matériaux est plus élevé.
• Exigences en matière de basses températures: Pour les assemblages sensibles à la température, tels que ceux utilisant certains plastiques ou des composants fragiles, le Sn42/Bi57/Ag1 fond à 138°C seulement. Il est idéal lorsque les contraintes thermiques doivent être minimisées.
• Secteurs hérités ou exemptés: Sn63Pb37 reste inégalé à bien des égards et continue d'être utilisé là où les exemptions RoHS s'appliquent. Sa nature eutectique garantit un traitement prévisible et des joints solides et durables.

Le choix d'un alliage de soudure n'est pas une décision unique. Il faut trouver un équilibre entre les performances techniques, le coût, la conformité et la compatibilité avec les processus existants.

Alors que l'industrie continue d'innover, de nouveaux alliages comme le REL61 et le REL22 relèvent la barre en termes de performance, de fiabilité et de valeur. Comprendre les compromis entre les différentes compositions peut aider les fabricants à optimiser la production, à améliorer la longévité des produits et à réduire le coût total de possession.

Si vous n'êtes pas sûr de l'alliage qui convient le mieux à votre application, consultez votre l'équipe technique du fournisseur de soudure. Chez AIM, nous travaillons en étroite collaboration avec nos clients pour évaluer les exigences du processus et recommander des matériaux adaptés à leurs objectifs. Car lorsqu'il s'agit de brasage, le bon alliage fait toute la différence.