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Jul 12, 2023

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L'étain par immersion est bien accepté comme finition finale de haute fiabilité dans l'industrie. Grâce à son excellente résistance à la corrosion, il présente d’importantes parts de marché, notamment dans l’industrie automobile. Pendant le processus de brasage, un composé intermétallique (IMC) se forme entre le cuivre et l'étain. Une préoccupation persistante dans l'industrie est l'impact potentiel de l'IMC sur la soudabilité de la finition finale.

Dans cet article, les modes de défaillance typiques du soudage à l'étain par immersion sont décrits et corrélés aux causes profondes potentielles des défauts.

Lors du vieillissement, de l'exposition thermique ou du processus de refusion dans l'assemblage, une couche intermétallique se forme entre le substrat de cuivre et la couche d'étain de sorte que le dépôt d'étain soit finalement constitué d'IMC et d'étain libre recouvert d'une couche d'oxyde de Sn. Cette couche est constituée d’un mélange de SnO et SnO2, appelé SnOx ou Sn-Oxide. Les propriétés d'assemblage de la couche d'étain dépendent des caractéristiques de l'IMC, de la couche d'oxyde de Sn et de la teneur en étain libre, qui ont été largement étudiées et décrites par T. Hetschel et al. en 20091-2. En raison de la croissance de l'IMC, qui consomme la majeure partie de l'étain libre, il ne reste que des îlots d'étain au sommet de la couche, recouverts d'une fine couche d'oxyde. Les propriétés de la couche d'oxyde de Sn, telles que l'homogénéité et l'épaisseur, ont un impact sur la soudabilité de la finition de surface de l'étain ainsi que sur d'autres caractéristiques. Les contaminations dans le dépôt d'étain ou les défauts dans la couche d'oxyde peuvent entraîner une mauvaise mouillabilité ou des décolorations, appelées défauts de démouillage.

Croissance IMC et formation d'oxyde d'étain pendant le processus de refusion Pendant le processus d'assemblage, le panneau étamé doit subir plusieurs cycles de refusion. Au cours du processus de refusion, l'IMC augmente et l'épaisseur de la couche d'oxyde recouvrant le dépôt d'étain va augmenter. Après le premier cycle de refusion, généralement environ 70 à 80 % de l’épaisseur totale de l’étain est consommée par la formation de phase intermétallique Cu6Sn5 et Cu3Sn3. Lors du deuxième cycle de refusion, l'épaisseur de l'IMC augmente encore, de sorte que seuls des îlots d'étain pur restent à la surface du dépôt. Dans le même temps, le processus de refusion entraîne une croissance de la couche d’oxyde. Bien que le vieillissement par refusion sous azote ait un impact mineur, le processus de refusion sous air augmentera considérablement l'épaisseur de la couche d'oxyde de Sn. L'interaction des caractéristiques IMC et des propriétés de la couche d'oxyde de Sn aura un impact considérable sur la soudabilité de la finition en étain par immersion.

Lorsque l’on examine l’assemblage de couches d’étain par immersion, la principale cause des problèmes de soudure est la contamination, qui affecte à la fois la croissance de l’IMC et la formation de la couche d’oxyde. Trois types différents de contamination peuvent être envisagés :

Les défauts de soudure qui peuvent être observés sur les finitions en étain par immersion peuvent généralement être classés dans les catégories suivantes :

En ce qui concerne les défauts de démouillage et d'auto-démouillage, l'homogénéité et l'épaisseur de la couche d'oxyde de Sn sont très importantes.

Dans la section suivante, quelques exemples seront donnés pour expliquer comment les contaminations affectent la soudabilité de la finition de surface de l'étain.

Résidus sur le cuivre Si des résidus de processus antérieurs tels que l'application d'un masque de soudure restent sur la surface du cuivre avant que le panneau ne soit immergé dans la solution d'étamage, cela peut affecter la soudabilité de la finition finale. Les résidus ne peuvent pas être éliminés pendant le processus de placage humide et restent à l'interface cuivre/étain. Au cours du premier cycle de refusion, ces résidus peuvent migrer vers la surface de la couche d'étain avec la croissance de l'IMC. Lors du deuxième cycle de refusion, les résidus peuvent affecter la stabilité de la couche d'oxyde d'étain et provoquer des fissures, de sorte que l'étain liquide pénètre et atteint la surface de la couche. La figure 1 montre un dessin schématique qui illustre comment les résidus peuvent se déplacer à l'intérieur de la couche et atteindre la surface de la couche d'étain pendant les deux cycles de refusion.

Figure 1 : Dessin schématique de l’impact potentiel des contaminations sur le cuivre pendant le processus de refusion.