Composés intermétalliques : Le miracle du brasage

Les amis,

La plupart des articles traitant des composés intermétalliques cuivre-étain formés lors du brasage en parlent comme étant un mal nécessaire. Le mal étant la perception que les composés intermétalliques sont fragiles et peuvent conduire à des défaillances lors du cycle thermique ou des chocs dus à une chute.

Je vois la situation différemment. De mon point de vue, la formation de composés intermétalliques de cuivre-étain est le miracle du brasage. Voyez-le de cette façon : pour assembler des composants électroniques, l'assemblage du cuivre au cuivre (les broches entre les composants et les pastilles sur la carte de circuit imprimé) en présence de polymères (les époxydes de la carte de circuit imprimé et les boîtiers des composants) est nécessaire. Ces matériaux polymères ne peuvent supporter des températures d'environ 250°C que pendant quelques minutes. Le cuivre fond à 1083°C, de sorte que le soudage du cuivre au cuivre en présence de polymères paraît vraiment difficile. Voyons la soudure à base d'étain.

La soudure sans plomb (à base d'étain), disons SAC305, fond à environ 219°C. Ainsi, avec une température maximale d'environ 245°C, dans le four à refusion, la soudure peut fondre et former une liaison électrique et mécanique avec le cuivre dans les fils conducteurs et les pastilles. À 245°C, les nombreux matériaux polymères restent intacts pendant environ 90 secondes, ce que le brasage requiert à cette température.

Mais qu'en est-il des propriétés physiques des composés intermétalliques qui se forment ? Ne sont-ils pas trop fragiles ?  Lee et al* ont effectué des analyses qui suggèrent que les composés intermétalliques formés lors du brasage ne sont pas fragiles. Leur travail suggère également que les défaillances ne sont pas causées par les composés intermétalliques, mais par les interfaces entre les composés intermétalliques et la soudure, le cuivre ou les divers composés intermétalliques, Cu3Sn et Cu6Sn5. Ces deux composés intermétalliques sont présentés dans la figure ci-dessous.

Fig. 2 - Composés intermétalliques à l'interface de
la pastille de cuivre et d’une bille de Sn-4Ag-0,5Cu
après 32 jours de vieillissement à 150°C.

Figure. Les composés intermétalliques étain-cuivre d'après Roubaud et al, "Impact of IM Growth on the Mech. Strength of Pb-Free Assemblies, " APEX 2001.

On a longtemps supposé que plus les composés intermétalliques sont épais, plus grand est le risque de défaillance dû à l'épaisseur du composé intermétallique. Le travail de Lee semble remédier à cette question.

Restez à l'écoute pour une prochaine discussion sur les composés intermétalliques et leurs effets sur la fiabilité.

Mise à jour : Il y a encore de nombreux articles sur :

1. Des robots privent tant de personnes de leur travail que cela créera une crise
2. Les voitures autonomes ne sont qu'à quelques années de nous.

AUTOMATISATION : Alors que j'écris cet article fin avril 2017, nous avons dépassé les 100 ans de l'automatisation, si nous choisissons la ligne d'assemblage de Ford de 1913 comme point de départ.  À la naissance de la chaîne d'assemblage, la population mondiale était de 1,8 milliard et l'espérance de vie aux États-Unis était d'environ 50 ans. Aujourd'hui, le monde compte 7,5 milliards de personnes et l'espérance de vie américaine est proche de 80 ans. Je ne veux pas minimiser les défis que l'automatisation en continu crée, mais nous vivons à l'une des rares époques où c’est l'obésité, et non pas la famine, qui est un risque, même dans de nombreux pays en cours de développement. Cette abondance et cette bonne santé nous ont été apportées par l'automatisation et la science. Bien sûr, il y aura des changements, mais je ne vois pas cette tendance positive diminuer.

VOITURES AUTONOMES : Le problème c'est la définition. Pour que les automobiles et les camions autonomes soient vraiment des changements majeurs, ils ne doivent pas avoir besoin d'aide humaine. S'ils ont besoin d'aide, une personne doit être là aux commandes. Donc, si un camion a besoin d'aide humaine 1 % du temps, un camionneur sera toujours nécessaire. J'attends avec impatience les nombreux progrès qui mèneraient aux voitures autonomes, mais je continue de penser que le jour de l'automobile sans volant ni pédale d'accélérateur est encore à des décennies.

Merci,

Docteur Ron