Technologies de soudure sans plomb : soudures SAC et adhésifs conducteurs

Pendant des décennies, la soudure plomb-étain a été utilisée pour sécuriser les composants électroniques, souder les cartes de circuits imprimés. Les graves effets néfastes sur la santé associés à l'utilisation du plomb ont engendré un effort vigoureux dans l'industrie électronique pour trouver des substituts à la soudure au plomb. Les scientifiques pensent maintenant avoir découvert des possibilités prometteuses : des soudures alternatives faites d'alliages et de compositions polymères connues sous le nom de colle conductrice.

La soudure est l'épine dorsale de la fabrication électronique. Le plomb était parfait comme soudure. On peut dire que tous les appareils électroniques sont conçus autour du point de fusion et des propriétés physiques du plomb. je mène — matière plastique, incassable et donc facile à travailler. Lorsque le plomb est combiné avec de l'étain dans le bon rapport (63 % d'étain et 37 % de plomb), l'alliage a un point de fusion bas de 183 degrés Celsius, ce qui est un autre avantage.

Lorsque vous travaillez à basse température processus de soudure un meilleur contrôle est exercé sur la technologie de production conjointe, tandis que les éléments soudés ne sont pas sensibles aux plus petits écarts de température. Les basses températures signifient également moins de contraintes sur les équipements et les matériaux (PCB et composants) qui chauffent pendant l'assemblage, et une productivité accrue dans la fabrication électronique grâce à des temps de chauffage et de refroidissement plus courts.

La principale incitation pour l'industrie électronique en Europe à commencer à utiliser des soudures sans plomb était l'interdiction du plomb imposée par l'Union européenne. En vertu de la restriction de la directive sur les substances dangereuses, le plomb devait être remplacé par d'autres substances d'ici le 1er juillet 2006 (la directive interdit également le mercure, le cadmium, le chrome hexavalent et d'autres substances toxiques).

Tous les composants électroniques contenant du plomb sont désormais interdits en Europe. À cet égard, tôt ou tard, la Russie devra également passer aux technologies de connexion sans plomb dans l'électronique.

Le plomb, d'un point de vue environnemental, n'est pas un problème en soi tant qu'il est contenu dans les équipements électroniques. Cependant, lorsque des composants électroniques finissent dans des décharges, le plomb peut s'enlever du sol de la décharge et se retrouver dans l'eau potable. Le risque augmente dans les pays où les déchets électroniques sont importés en masse.

En Chine, par exemple, des travailleurs sans équipement de protection, dont de nombreux enfants, sont occupés à désassembler (souder) des matériaux recyclables à partir de composants électroniques. En Russie, encore aujourd'hui, les soudures au plomb sont très courantes dans la fabrication électronique non automatisée.

Les effets nocifs du plomb sur la santé humaine, même à de faibles niveaux, sont bien connus : troubles des systèmes nerveux et digestif, particulièrement prononcés chez les enfants, et capacité du plomb à s'accumuler dans l'organisme, provoquant de graves intoxications.

Les fabricants d'électronique ont commencé à chercher des soudures alternatives dès 1990, lorsque les propositions maintenant ratifiées d'interdire le plomb aux États-Unis ont été discutées. Les experts de l'industrie électronique ont examiné 75 soudures alternatives et ont réduit cette liste à une demi-douzaine.

Au final, une combinaison de 95,5 % d'étain, 3,9 % d'argent et 0,6 % de cuivre, également connue sous le nom de soudure de qualité SAC (abréviation des premières lettres des éléments Sn, Ag, Cu), a été choisie, offrant une plus grande fiabilité et une facilité de fonctionnement en remplacement de la soudure plomb-plomb. Le point de fusion de la soudure SAC est de 217 degrés, il est proche du point de fusion de la soudure plomb-plomb conventionnelle (183 ... 260 degrés).

Soudure sans vis

Les soudures SAC sont aujourd'hui largement utilisées dans l'industrie offshore. L'introduction de nouveaux types de soudure a demandé beaucoup d'efforts de la part des entreprises d'électronique. Les experts craignaient qu'au stade initial de l'introduction des soudures sans plomb, une augmentation du taux de défaillance des produits électroniques ne soit possible.

À cet égard, les équipements qui participent à la vie et à la sécurité des personnes, par exemple l'électronique pour les hôpitaux, sont produits à l'aide de technologies anciennes. L'interdiction de la soudure au plomb ne s'applique pas encore aux téléphones portables et aux appareils photo numériques. Il n'y a pas non plus de réponse définitive quant à la sécurité totale des nouvelles soudures à base d'argent - ce métal est toxique pour les animaux aquatiques.

Flux sans plomb

Section. 1.Caractéristiques comparatives de certaines soudures SAC et de la soudure étain-plomb

Une alternative expérimentale plus audacieuse à la soudure au plomb est l'utilisation d'adhésifs conducteurs d'électricité... Ce sont des polymères, silicone ou polyamide contenant de petites paillettes de métaux, le plus souvent de l'argent. Les polymères collent les composants électroniques et les flocons métalliques conduisent l'électricité.

Ces adhésifs offrent un large éventail d'avantages. La conductivité électrique de l'argent est très élevée et sa résistance électrique est faible. La température requise pour appliquer les adhésifs d'assemblage de PCB est bien inférieure (150 degrés) à celle requise pour les soudures à base de plomb. Par conséquent, d'une part, l'électricité est économisée et, d'autre part, les composants électroniques sont exposés à moins de chaleur, ce qui augmente leur fiabilité.

Une recherche finlandaise présentée en 2000 lors de la 4e Conférence internationale sur les adhésifs et les technologies de revêtement dans l'industrie électronique montre que les adhésifs conducteurs d'électricité forment des liaisons encore plus solides que les soudures traditionnelles.

Si les scientifiques parviennent à augmenter la conductivité électrique de ces adhésifs, ils peuvent complètement remplacer les soudures traditionnelles. Jusqu'à présent, ces matériaux ont été utilisés pour un petit nombre de petits composés conducteurs intensité de courant — pour souder les écrans à cristaux liquides et les cristaux. La recherche dans ce domaine se concentre sur l'ajout de molécules d'acide dicarboxylique, qui assurent une connexion entre les flocons d'argent et augmentent en conséquence la conductivité électrique du matériau.

Un problème sérieux avec les adhésifs électriquement conducteurs est la destruction possible lorsque les composants sont chauffés au-dessus de 150 degrés.Il existe d'autres préoccupations concernant les adhésifs conducteurs d'électricité. Au fil du temps, la capacité des adhésifs à conduire l'électricité diminue. Et l'eau que le polymère peut absorber provoquera de la corrosion. Lorsqu'ils tombent d'une hauteur, les adhésifs présentent des propriétés fragiles et des polymères dopés au caoutchouc seront développés pour améliorer leur élasticité à l'avenir. Une connaissance insuffisante de ce matériau peut en outre révéler d'autres problèmes encore inconnus.

Les adhésifs conducteurs devraient être utilisés dans l'électronique grand public (téléphones mobiles et appareils photo numériques) où la fiabilité n'est pas critique, comme le médical et l'avionique.