Tout sur Flex : Lead

Oct 31, 2023

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Depuis que la communauté européenne a adopté la directive RoHS en 2006, l'industrie électronique américaine n'a cessé d'augmenter son utilisation de la soudure sans plomb. Le médical a été la première industrie américaine à devenir totalement sans plomb. Aujourd'hui, un pourcentage important de la soudure électronique est réalisée avec de la soudure sans plomb. Après plusieurs années de perfectionnement et malgré quelques erreurs de caractérisation, la soudure sans plomb s'avère rentable et fiable.

Bien que la soudure sans plomb soit fiable, il existe des différences de matériaux et de traitement qui doivent être comprises pour garantir une conception électronique robuste.

Composition du matériau : La pâte à braser sans plomb la plus utilisée est un alliage étain/argent/cuivre (Sn/Ag/Cu). Ceux-ci sont disponibles dans des combinaisons légèrement différentes; les suivants sont les plus courants :

Il existe des alliages autres que l'étain/l'argent/le cuivre qui peuvent être utilisés pour la soudure sans plomb ; la plupart d'entre eux sont destinés à des applications non électroniques. Le choix optimal de l'alliage dépend du type de surface à souder et de l'application du circuit souple.

Apparence cosmétique : Les soudures classiques étain-plomb étaient brillantes et lisses. En fait, un joint de soudure défectueux avait souvent un aspect terne et rugueux. Ce n'est pas le cas des joints de soudure sans plomb, qui ont un aspect moins brillant. Ceux qui ne sont pas familiers avec la soudure sans plomb signaleront immédiatement l'aspect terne comme des joints défectueux. L'apparence terne des joints de soudure n'est pas indicative de la qualité du joint de soudure, mais simplement due aux propriétés inhérentes de l'alliage. Voir la figure 1 pour une comparaison côte à côte.

Figure 1 : Sans plomb vs étain-plomb. (Source : CEDOS Electronics)

Température de processus : La soudure sans plomb commence à refondre autour de 218°C, alors que la soudure étain-plomb refondra autour de 188°C. La température plus élevée peut avoir un impact négatif sur les luminaires, l'équipement et les matériaux utilisés sur un circuit flexible. Lors de l'introduction d'un nouveau numéro de pièce nécessitant une soudure sans plomb, une révision technique doit avoir lieu pour s'assurer que tous les matériaux ont une compatibilité thermique appropriée.

Force mécanique : La soudure sans plomb n'a pas la résistance mécanique de la soudure étain-plomb traditionnelle. C'est l'une des raisons pour lesquelles le sans plomb n'est pas utilisé dans les applications militaires ou aérospatiales. La directive RoHS exempte les produits militaires et certains produits aérospatiaux. Bien que la soudure étain-plomb ait de meilleures propriétés mécaniques, il existe des moyens de résoudre les problèmes de résistance mécanique avec la soudure sans plomb. L'ajout d'un revêtement époxy ou conforme pour renforcer les zones de liaison est un moyen d'ajouter de la robustesse aux conceptions nécessitant un niveau élevé de résistance mécanique.

Flux: Comme pour le soudage étain-plomb, il existe deux types de flux de base utilisés avec le soudage sans plomb : le flux lavable à l'eau et le flux sans nettoyage. Le flux lavable à l'eau doit être complètement éliminé après le soudage. Le lavage à l'eau fonctionne généralement bien s'il y a suffisamment d'espace sous les composants pour rincer les résidus. Si la densité et le profil des composants ne permettent pas un rinçage complet, il convient d'utiliser un flux sans nettoyage. Le flux sans nettoyage laisse un résidu visible, que certains peuvent trouver répréhensible. Il peut être tentant d'exiger l'élimination des résidus avec un processus de nettoyage. Mais les experts déconseillent d'enlever les résidus d'un flux sans nettoyage. Les résidus de flux sans nettoyage sont conçus pour encapsuler tous les contaminants susceptibles de causer des problèmes électriques sur le terrain. En nettoyant le flux sans nettoyage, il existe un risque que certains contaminants restent et créent des problèmes de fiabilité potentiels.

Essai : La fiabilité et les tests électriques sont les mêmes pour les processus de brasage sans plomb et à l'étain-plomb. Il existe quelques tests pour déterminer si un composant donné contient du plomb. L'une consiste à appliquer un produit chimique qui change simplement de couleur s'il y a du plomb dans la soudure. On pourrait également utiliser un spectrophotomètre d'absorption atomique qui fournira la teneur exacte du métal. Ces tests sont principalement applicables pour garantir qu'un produit entrant est sans plomb ou pour prouver qu'un produit répond aux exigences RoHS. Pendant la fabrication du circuit, le contrôle des matériaux en cours de fabrication doit garantir que la pâte à souder est sans plomb.

Un concepteur d'emballages électroniques qui n'est pas familiarisé avec les processus sans plomb devra être formé aux diverses nuances de conception, de matériau, de processus, de composant et d'inspection que présente la soudure sans plomb. De nombreux fournisseurs de circuits sont en mesure de fournir une assistance de conception importante pour les applications nécessitant une soudure sans plomb.

Dave Becker est vice-président des ventes et du marketing chez All Flex Flexible Circuits LLC.