Les composés intermétalliques et les vides de Kirkendall continuent à se développer à température ambiante

Les amis,

Dans mon dernier article, j'ai parlé des composés intermétalliques (CIM) et de ce que j'ai appelé le "miracle de la soudure". J'ai également mentionné que la recherche axée sur la nature fragile des CIM suggère que les échecs dans les essais sous contraintes résultent davantage de défaillances entre les interfaces des CIM et la soudure, les CIM et le cuivre, ou les CIM (Cu6Sn5 avec Cu3Sn) eux-mêmes et ne dépendent aucunement de la nature fragile perçue des CIM.

Un autre mécanisme d'affaiblissement dans le soudage et le vieillissement thermique des joints de soudure est celui des vides de Kirkendall. Les vides de Kirkendall se forment lorsqu'un métal se diffuse plus rapidement dans un autre métal qu'inversement. Une interface cuivre-étain présente un tel mécanisme. Le cuivre se diffuse dans l'étain plus rapidement que l'étain dans le cuivre. Ce mécanisme peut entraîner de véritables vides dans le cuivre à l'interface métallique. Voir l'image ci-dessous. En plus de causer une faiblesse latente à l'interface, l'excès de cuivre qui se diffuse dans l'étain crée des contraintes de compression qui peuvent entraîner de la barbe d'étain.   

Vides de Kirkendall. Source: http://www.jfe-tec.co.jp/en/electronic-omponent/case/img/case_solder_02.png

Les CIM et les vides de Kirkendall se forment très rapidement aux températures de soudage. Cependant, même à température ambiante, les CIM et les vides de Kirkendall continuent de grossir, bien qu'à un rythme considérablement réduit. La raison de cette croissance continue est que, à la température absolue ou échelle Kelvin, la température ambiante est une grande fraction de la température de fusion des soudures. À titre d'exemple, la température de fusion d'un SAC est d'environ 219°C, cette température est égale à 492 K (219 + 273), alors que la température ambiante est de 295 K, donc la température ambiante est de 60 % du point de fusion de la soudure SAC (295/492 = 0,60). Comparez cette situation avec l'acier, qui fond à environ 1 480°C. L'acier serait rouge brûlant à 60 % (780°C) de son point de fusion dans l'échelle absolue. Ainsi, puisque la température ambiante est de 60 % de la température de fusion, les processus de formation des CIM et des vides de Kirkendall ne s'arrêtent pas à la température ambiante. Par conséquent, les CIM et les vides de Kirkendall continuent de croître, tout comme les effets connexes tels que la croissance des barbes d'étain.

Restez à l’écoute. La prochaine fois, nous discuterons des taux de croissance des CIM et des effets qui en résulteront dans les essais sous contraintes, ce que terminera cette série sur les CIM.

Merci,

Docteur Ron