Technologie PCB - Diagramme de phase binaire d'or de soudure au plomb d'étain de PCBA

Tableau binaire or étain

Bien que la pâte à souder sans plomb (solder) soit devenue le courant dominant de l'électronique moderne et respectueuse de l'environnement, il existe encore de nombreux produits dans l'industrie automobile et l'électronique militaire qui utilisent encore de la soudure au plomb en raison de la présence de soudure au plomb dans le traitement PCBA.

Les principaux composants de la pâte à souder au plomb sont l'étain (SN) et le plomb (PD). D'autres composants traces comprennent des métaux tels que l'argent, le bismuth et l'indium. Chacun a un point de fusion (MP) différent. Cependant, cet article suppose des traces de ces autres métaux. La composition du métal n'affecte pas les caractéristiques de la pâte à souder, nous pouvons donc d'abord expliquer les caractéristiques de la pâte à souder en utilisant un diagramme de phase binaire de l'étain - plomb, car les diagrammes de phase au - dessus de trois sont trop complexes.

Qu'il s'agisse d'une soudure ou d'un IMC, plus il y a de composants, plus la structure est complexe, moins le contrôle est facile et moins la fiabilité est bonne.

Voir le diagramme de phase binaire étain - plomb. L'abscisse représente le pourcentage en poids (WT) de plomb étain et l'ordonnée représente la température en degrés Celsius (°C).

Le point de fusion du plomb est de 327 °C, de sorte que le coin supérieur gauche du diagramme de phase commence à 327 °C (étain à 100%, point a). La température de cette ligne à point de fusion (liquidus MP)] devient de plus en plus basse à mesure que le rapport pondéral entre la teneur en étain et l'étain - plomb augmente. Lorsque le rapport pondéral étain / plomb atteint le meilleur sn63 / pb37 (En fait sn61.9 / pb38.1, car les mesures précédentes étaient incorrectes et ont conduit à des erreurs), son point de fusion liquéfié atteint également un minimum de 183 ° c. Si vous continuez à augmenter la proportion d'étain, sa température de fusion liquéfiée s'inversera et augmentera, atteignant 232 ° C lorsque l'étain est pur.

Outre le rapport pondéral de la soudure en alliage étain - plomb de 61,9 / 38,1, qui présente un point eutectique unique de 183 °C (point e), d'autres rapports pondéraux différents auront deux points de fusion. La température la plus élevée est appelée [liqidus MP], tandis que la température la plus basse est appelée [solidus MP]. La soudure entre deux points de fusion est appelée « pâte», un fluide à haute viscosité dans lequel les solides et les liquides coexistent. Ce que l'on appelle pâte est en fait un peu similaire au type de flux de pierre de terre, car il se peut que l'étain soit devenu liquide, mais que le plomb soit solide (PB + l), ou exactement l'inverse (SN + l).

Quant à la raison pour laquelle nous devons utiliser le rapport pondéral sn63 / pb37, c'est parce que l'étain pur a un point de fusion allant jusqu'à 232 ° C et n'est pas facile à utiliser pour l'usinage et le soudage PCBA en général, ou que les pièces électroniques actuelles ne peuvent pas atteindre des températures aussi élevées, il est donc nécessaire d'utiliser principalement de l'étain, puis d'ajouter d'autres soudures d'alliage pour abaisser leur point de fusion, Atteignant ainsi l'objectif principal de la production à grande échelle et des économies d'énergie. Il peut également réduire le seuil de résistance à la température des pièces électroniques, car la plupart des produits PCBA ne sont utilisés et stockés que dans l'environnement. Les températures ne sont que comprises entre - 40 ° C et + 70 ° C, de sorte qu'un point de fusion de 183 ° c est plus que suffisant. Le deuxième objectif est d'améliorer la ténacité et la résistance des points de soudure.

Un diagramme de phase général aura des symboles tels que "Island", "Island" et "Island" pour représenter une solution solide dans le diagramme de phase. Le diagramme de phase étain - plomb n'est que binaire, donc seules les îles et les îlots sont utilisés. Dans ce diagramme de phase, Isla ± fait référence à une solution solide de plomb (PB) et isla² à une solution solide d'étain (SN).

La zone insulaire de phase Pb (CBA) est une solution solide riche en plomb, mais l'étain se dissout dans le plomb et l'étain devient un soluté. Dans cette zone de phase, la solubilité de l'étain a sa limite supérieure et, à partir du point C, elle atteint également un maximum de 18,3% lorsque la température augmente (lorsque la ligne CB) pour atteindre 183°c (point b). La solubilité de l'étain diminue progressivement à zéro (point a) Lorsque la température continue d'augmenter (ligne Ba).

La zone de phase d'étain de l'île est une solution solide riche en étain, le plomb relatif se dissout dans l'étain et le plomb devient un soluté. À partir du point H, la solubilité de l'étain atteint également un maximum de 2,23% (= 100 - 97,8) à mesure que la température augmente (ligne Hg) jusqu'à 183 °C (point g) et que la température continue d'augmenter (ligne GF). Cependant, la solubilité de l'étain diminue progressivement jusqu'à zéro (point f).