Les gens,
La soudure est à l'origine de l'électronique moderne. Sans la soudure, l'électronique n'existerait pas. Le cuivre fond à 1085°C, mais avec la soudure, nous pouvons lier le cuivre au cuivre à environ 235°C ou moins avec les soudures sans plomb actuelles. Ces températures plus basses sont nécessaires, car les boîtiers électroniques et les circuits imprimés sont fabriqués à partir de matériaux 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. Aujourd'hui, les températures de soudure sont donc les plus élevées de 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 souhait a accru l'intérêt pour les soudures à bas point de fusion, telles que les soudures étain-bismuth. Le SnBi eutectique fond à 138°C, ce qui permet d'utiliser des températures de four de refusion de l'ordre de 170°C. Ces températures de refusion plus basses sont plus faciles à supporter par les utilisateurs. Ces températures de refusion plus basses sont plus faciles à appliquer sur certains composants et PWB fragiles et réduisent les défauts tels que le popcorning et le measling des PWB. Toutefois, le point de fusion plus bas des soudures SnBi limite leur utilisation dans de nombreux environnements difficiles, tels que les applications automobiles et militaires. En règle générale, une soudure ne doit pas être utilisée au-delà de 80 à 90 % de son point de fusion sur l'échelle Kelvin. Pour la brasure SnBi, cette plage de température est comprise entre 55,8 et 96,9°C. Ces températures sont bien inférieures à la température d'utilisation de certains environnements difficiles. En outre, les soudures SnBi peuvent être fragiles et donc donner de mauvais résultats lors des tests de résistance aux chocs.
So, the electronics world could use a solder that can reflow at a little over 200°C, but still have a high use temperature. This situation would appear to be an unsolvable conundrum. However, my colleagues at Indium Corporation, lead by Dr. Ning-Cheng Lee, have solved it. They used an indium-containing solder powder, Powder A, that melts at <180°C and combined it with Powder B that melts at ~220°C. By reflowing at about 205°C, Powder A melts and Powder B is dissolved by the melted Powder A. To achieve this effect, the 205°C temperature must be held for approximately two minutes. The remelt temperature of the final solder joint is above 180°C. I discussed the phenomenon of a liquid metal dissolving another that melts at a higher temperature in a previous post. An extreme example of this effect is mercury dissolving gold at room temperature. So, don’t drop any gold or silver jewelry into a wave soldering pot and expect to fish it out an hour later!
La poudre A ne serait pas un candidat en soi car elle présente une certaine fusion à 113°C et une autre à 140°C.
En utilisant 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 refonte est supérieure à 180°C. Les tests effectués par le Dr Lee et son équipe ont montré que les joints de soudure obtenus présentent également des performances bonnes à excellentes en matière de cycles thermiques et de chocs de chute. Cette nouvelle pâte à souder est appelée DurafuseTMLT.
Les figures 1 à 3 montrent schématiquement comment les deux poudres fondent à une température de refusion maximale de 205°C.
Figure 1. Poudre A et poudre B à température ambiante.
Figure 2. À 205°C, la poudre A a fondu et commence à se dissoudre dans la poudre B.
Figure 3. Après environ une minute à 205°C, la poudre B commence à se dissoudre. Avec le temps, elle se dissout complètement dans la poudre A, ce qui donne un nouvel alliage dont la température de refusion est supérieure à 180°C, et dont les performances en matière de cycle thermique et de chocs de chute sont bonnes, voire excellentes.
Pour moi, cette invention est l'une des plus importantes dans le domaine du CMS depuis une génération. On pourrait dire que c'est comme si on avait trouvé le Saint-Graal de la soudure : une fusion à basse température avec une durée de vie entretenue à haute température. Pour plus d'informations sur DurafuseTM LT, consultez les blogs publiés par ma collègue d'Indium Corporation, Claire Hotvedt.
Santé,
Dr. Ron
PS. J'ai développé une feuille de calcul 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 souhaitez obtenir une copie, envoyez-moi un message à [email protected].
