Les gens,
Tim Jensen, Product Manager, PCB Assembly Materials, est certainement considéré comme l'une des personnes les plus compétentes en matière de brasage sans plomb et de matériaux de brasage. Il y a quelques jours, j'ai pu le rencontrer pendant quelques minutes et lui poser quelques questions. Voici ses réponses :
Ron (DR) : Tim, la directive RoHS est en vigueur depuis près de 18 mois. Il semble que le SAC 305 (96,5 % Sn, 3,0 % Ag, 0,5 % Cu) soit l'alliage de choix pour la pâte à souder. Premièrement, est-ce vrai de votre point de vue et si oui, pourquoi le SAC 305 est-il plus dominant que le SAC 387 presque eutectique ? Deuxièmement, qu'en est-il des alliages sans plomb qui contiennent peu ou pas d'argent (pour réduire le coût de l'alliage) ? L'un de ces alliages a-t-il un sens pour une pâte à souder, ou simplement pour une soudure à la vague ? Ou bien le vieil adage est-il toujours vrai que le coût principal de la pâte à souder est le traitement, et pas tellement le matériau ?
Tim : Le SAC305 est devenu l'alliage de prédilection d'une grande partie de l'industrie. La raison en est principalement que le SAC305 est un alliage moins coûteux que le SAC387. Les études menées jusqu'à présent ne montrent pas d'impact négatif sur la fiabilité. Par conséquent, un alliage moins cher et sans inconvénients est un choix facile. L'un des avantages du SAC305 est qu'en raison de la faible plage de plasticité, il présente moins de défauts de tombstoning que le SAC387. Cependant, le coût du Sn et de l'Ag a régulièrement augmenté au cours des deux dernières années. En raison de cette tendance, certains utilisateurs de soudure envisagent des alliages à teneur en Ag encore plus faible, tels que le SAC105 (98,5Sn/1,0Ag/0,5Cu) et le SAC0307 (99,0Sn/0,3Ag/0,7Cu). Ces alliages sont moins coûteux, mais présentent des inconvénients importants en termes de traitement. Ils ne deviennent complètement liquides qu'à 226-227°C, ce qui crée des contraintes supplémentaires sur la fenêtre déjà étroite du processus de refusion sans plomb. La faible teneur en Ag devrait améliorer les performances de l'alliage lors des essais de chute (pour l'électronique portable), mais il ne sera probablement pas aussi robuste que le SAC305 dans les environnements typiques de cyclage thermique.
En raison des marges étroites sur la plupart des produits électroniques grand public, les assembleurs ont travaillé dur pour réduire leurs coûts en améliorant leurs processus et en exerçant une pression sur les prix de leurs fournisseurs de matériaux. Avec la baisse du prix de la pâte à braser, l'impact du coût des métaux devient beaucoup plus important. En outre, l'Ag est un métal à coût élevé, ce qui fait que les coûts du métal SAC ont un impact plus important que ceux de l'alliage Sn/Pb du passé. Les producteurs de gros volumes d'électronique verront probablement une réduction des coûts en utilisant un alliage à faible teneur en Ag. Toutefois, l'impact global du coût sur la fenêtre du processus et la fiabilité du produit final n'est pas encore bien connu.
DR : D'après vous, quels sont les pourcentages approximatifs de pâte sans plomb et de pâte à l'étain-plomb utilisés aux États-Unis et dans le monde ?
Tim : En fonction de sa clientèle, chaque fournisseur de pâte à souder aura une répartition différente entre Sn/Pb et Pb-Free. D'une manière générale, les États-Unis et l'Europe occidentale utilisent toujours un pourcentage de Sn/Pb nettement plus élevé que celui de Pb-Free. À première vue, cela peut être surprenant. Surtout si l'on considère que l'impulsion en faveur du sans plomb est venue de l'UE, qui utilise pourtant beaucoup de Sn/Pb. En creusant un peu, on s'aperçoit que c'est plus logique. Une grande partie de la fabrication qui reste dans ces sites concerne souvent des produits de haute fiabilité qui sont actuellement exemptés de la législation sur la limitation de l'utilisation de certaines substances dangereuses. Il s'agit par exemple de produits militaires, aérospatiaux, médicaux et automobiles. Dans des régions telles que la Chine, un pourcentage beaucoup plus élevé de la pâte à braser utilisée est sans plomb. C'est logique, car une grande partie de l'électronique grand public est fabriquée dans ces régions. Au niveau mondial, 30 à 60 % de la pâte fabriquée par la plupart des fournisseurs de soudure est probablement Sn/Pb (en fonction de leur clientèle).
DR : De nombreuses personnes s'inquiètent de la formation de vides dans les joints de soudure, mais certains rapports d'iNEMI et d'autres organismes suggèrent que la formation de vides n'est pas un problème de fiabilité. Que pensez-vous de la formation de vides et y a-t-il eu récemment des progrès dans le domaine des pâtes à braser à faible formation de vides ?
Tim : Il est généralement admis qu'il n'y a pas de corrélation directe entre le pourcentage de vide et la fiabilité du joint de soudure. Les vides peuvent avoir un impact sur la fiabilité du joint de soudure, mais uniquement s'ils se trouvent à l'endroit le plus sollicité (généralement l'interface entre la bille et le composant ou l'interface entre la bille et la pastille du circuit imprimé ). Les vides dans la brasure en vrac ont rarement un impact sur la fiabilité du joint de soudure. La difficulté réside dans le fait que la plupart des analyses aux rayons X ne fournissent qu'une vue bidimensionnelle du joint de soudure et des vides. Par conséquent, il est possible de voir l'ampleur du vide, mais pas l'endroit où il se trouve (dans le sens vertical). Puisque ce défi existe, l'approche la plus logique est de dire que moins il y a de vide total, moins il y a de chances qu'il y ait un vide à l'une des interfaces. De nombreuses pâtes à braser sans plomb de dernière génération présentent des performances de vide assez faibles sur les BGA standard. Les avancées technologiques développées par Indium Corporation sont axées sur la réduction des vides dans les CSP avec la technologie via-in-pad et sous les QFN sur le grand tampon thermique.
DR : La fiabilité des soudures sans plomb reste un sujet de préoccupation. Que pensez-vous de cette question ?
Tim : La fiabilité des joints de soudure sans plomb dans l'électronique de haute fiabilité suscite de vives inquiétudes. Le Pb-Free est utilisé dans l'électronique grand public depuis plusieurs années. Bien qu'il soit difficile de dire si les joints de soudure sans plomb ont contribué ou non à un plus grand nombre de défaillances sur le terrain, cette histoire limitée nous indique au moins qu'ils ne provoquent pas de chutes dramatiques sur ces produits (dont la durée de vie prévue est d'environ 5 ans ou moins). Pour les produits électroniques à haute fiabilité, il est difficile de connaître avec certitude l'impact du sans plomb. Un travail important a été effectué sur la modélisation pour prédire la durée de vie des joints de soudure sans plomb. Toutefois, tant que nous ne disposons pas de données réelles, il est impossible de savoir avec certitude dans quelle mesure les modèles sont en corrélation avec les applications réelles.
Outre la fiabilité des joints de soudure, les autres matériaux utilisés posent des problèmes qui pourraient également avoir une incidence sur la fiabilité du produit final. Par exemple, le circuit imprimé utilisé dans un processus sans plomb peut se dégrader davantage que dans un processus Sn/Pb. Il en résultera probablement un produit final moins fiable. Dans des cas comme celui-ci, ce n'est pas le fait d'opter pour le procédé sans plomb qui nuit à la fiabilité, mais plutôt les conditions de traitement que le procédé sans plomb exige.
DR : C'est tout ce que nous avons le temps de faire aujourd'hui. Restez à l'écoute pour d'autres discussions avec Tim sur le brasage sans halogénures.
