Le Graal de la soudure : Refusion à basse température - Utilisation à haute température

Les amis,

Le soudage rend possible l'électronique moderne. Sans soudure, l'électronique n'existerait pas. Le cuivre fond à 1085 °C, mais avec une soudure, nous pouvons assembler du cuivre au cuivre à environ 235 °C, même moins avec les soudures actuelles sans plomb. Ces températures assez basses sont nécessaires, car les boîtiers électroniques et les circuits imprimés contiennent des polymères qui ne peuvent pas survivre à des températures bien supérieures à 235 °C.

Avant l'avènement de la directive RoHS, les soudures étain-plomb fondaient à environ 35 °C de moins que les soudures sans plomb. Ainsi, aujourd'hui, les températures de soudage sont à leur niveau le plus élevé dans l'histoire. Pour certaines applications, il serait souhaitable d'avoir des soudures qui fondent à des températures plus proches de celles de l'étain-plomb. Ce désir a accru l'intérêt pour les soudures à bas point de fusion, comme les soudures étain-bismuth. SnBi eutectique fond à 138 °C, on peut donc utiliser des températures de four à refusion de l'ordre de 170 °C. Ces températures de refusion plus basses sont plus confortables pour certains composants et circuits imprimés fragiles, et réduiront les défauts tels que l’effet popcorn et les traces de délamellation sur les circuits imprimés. Cependant, le point de fusion plus bas des soudures SnBi limite leur application dans de nombreux environnements difficiles, comme dans les domaines militaires et de l’automobile. En règle générale, une soudure ne doit pas être utilisée à plus de 80 à 90 % de son point de fusion sur l'échelle Kelvin. Pour la soudure SnBi, cette plage de température est 55,8 à 96,9 °C. Ces températures sont bien inférieures à la température d'utilisation dans certains environnements difficiles. En outre, les soudures SnBi peuvent être fragiles et donc avoir des performances médiocres lors des contrôles de choc par chute.

Ainsi, le monde de l'électronique pourrait utiliser une soudure qui puisse fondre à un peu plus de 200 °C, tout en ayant une température d'utilisation élevée. Cette situation semble être une énigme insoluble. Cependant, mes collègues chez Indium Corporation, dirigés par Dr Ning-Cheng Lee, l’ont résolu. Ils ont utilisé une poudre de soudure contenant de l'indium, l'Indalloy^® 227, qui fond à 178 °C, et l'ont combinée avec une poudre SAC305 qui fond à environ 217 °C. En refondant à environ 205 °C, la poudre à l'Indalloy^® fond et la poudre au SAC est dissoute par l'Indalloy^® fondu. Pour obtenir cet effet, la température de 205 °C doit être maintenue pendant environ deux minutes. La température de refusion de l’assemblage soudé final est supérieure à 180 °C. J'ai discuté du phénomène d'un métal liquide qui dissout un autre métal fondant à une température plus élevée dans un article précédent. Un exemple extrême de cet effet est du mercure dissolvant de l’or à température ambiante. Alors, ne laissez pas tomber un bijou en or ou en argent dans un pot de soudure à la vague et ne vous attendez pas à le repêcher une heure plus tard !

L'Indalloy® 227 ne serait pas un candidat à lui seul car il présente une certaine fusion à 113 °C et une autre à 140 °C, bien qu'il ne fonde pas complètement en-dessous de 178 °C.

Selon les critères ci-dessus, la température d'utilisation de ce nouveau mélange de poudres de soudure peut être comprise entre 89,4 et 134,7 °C, après refusion, car la température de refusion est supérieure à 180 °C. Les essais réalisés par Dr Lee et son équipe ont montré que les joints de soudure résultants ont également des performances de cycle thermique et de tenue aux chocs par chute allant de bonnes à excellentes. La nouvelle crème à souder s’appelle Durafuse^TM LT.

Les Figures 1 à 3 montrent schématiquement comment les poudres à l'Indalloy^® 227/SAC305 fondraient à une température de refusion maximale de 205 °C.

Figure 1. Indalloy^® 227 et les poudres à souder SAC305 à température ambiante

Figure 2. À 205 °C, l’Indalloy^® 227 a fondu et commence à se dissoudre dans SAC305.

Figure 3. Après environ une minute à 205 °C, le SAC305 commence à se dissoudre. Si on lui laisse suffisamment de temps, il se dissout complètement dans l'alliage, ce qui donne un nouvel alliage dont la température de refonte est supérieure à 180 °C, ainsi qu'un cycle thermique et des performances de chocs par chute bons à excellents. 

Pour moi, cette invention est l'une des plus importantes dans le domaine de la technologie de montage en surface depuis une génération. On pourrait dire que c'est comme trouver le Graal du soudage : la fusion à basse température avec une durée de vie utile à haute température. Pour plus d’informations sur Durafuse^TM LT, consultez les articles publié par mon collègue d’Indium Corporation, Claire Hotvedt.

Merci,

Docteur Ron

PS : J'ai développé un tableur Excel^® pour calculer les températures d'utilisation. Il convertit les degrés C en K. Je l'ai utilisé pour calculer les températures d'utilisation ci-dessus. Si vous désirez en obtenir une copie, envoyez-moi une note à rlasky@indium.com.