Procédé de soudure
La soudure est le processus d’assemblage de deux métaux par l’utilisation d’un alliage de soudure, et c’est l’une des plus anciennes techniques d’assemblage connues. Les joints de soudure défectueux restent l’une des principales causes de défaillance des équipements et on ne saurait donc trop insister sur l’importance de normes de travail élevées en matière de soudure.
Le matériel suivant couvre les procédures de soudure de base et a été conçu pour fournir les connaissances fondamentales nécessaires pour réaliser la majorité des opérations de soudure manuelle et de retrait de composants de haute fiabilité.
Propriétés de la soudure
La soudure utilisée pour l’électronique est un alliage métallique, fabriqué en combinant l’étain et le plomb dans différentes proportions. Vous pouvez généralement trouver ces proportions marquées sur les différents types de soudure disponibles.
Avec la plupart des combinaisons de soudure étain/plomb, la fusion ne se fait pas d’un seul coup. La soudure 50/50 commence à fondre à 183 C -361 F, mais elle n’est pas complètement fondue avant que la température n’atteigne 216 C – 420 F. Entre ces deux températures, la soudure existe dans un état plastique ou semi-liquide.
La gamme plastique d’une soudure varie, selon la proportion d’étain et de plomb. Avec la soudure 60/40, la plage est beaucoup plus petite que pour la soudure 50/50. Le rapport 63/37, connu sous le nom de soudure eutectique n’a pratiquement pas de plage plastique, et fond presque instantanément à 183 C -361 F.
Les soudures les plus couramment utilisées pour le soudage manuel en électronique sont le type 60/40 et le type 63/37. En raison de la gamme plastique du type 60/40, vous devez faire attention à ne pas déplacer les éléments du joint pendant la période de refroidissement. Tout mouvement peut provoquer ce que l’on appelle une articulation perturbée. Un joint perturbé a un aspect rugueux et irrégulier et semble terne au lieu d’être brillant. Un joint de soudure perturbé peut être peu fiable et nécessiter une reprise.
Action de mouillage
Lorsque la soudure chaude entre en contact avec une surface de cuivre, une action de solvant métallique a lieu. La soudure se dissout et pénètre dans la surface du cuivre. Les molécules de soudure et de cuivre se mélangent pour former un nouvel alliage, composé en partie de cuivre et en partie de soudure. Cette action du solvant est appelée mouillage et forme la liaison intermétallique entre les pièces. (Voir figure 1) Le mouillage ne peut se produire que si la surface du cuivre est exempte de toute contamination et de la pellicule d’oxyde qui se forme lorsque le métal est exposé à l’air. De plus, la soudure et la surface de travail doivent avoir atteint la température adéquate.
Bien que les surfaces à souder puissent paraître propres, il y a toujours une fine pellicule d’oxyde qui les recouvre. Pour une bonne liaison par soudure, les oxydes de surface doivent être éliminés pendant le processus de soudure à l’aide d’un flux.
Flux
Des liaisons par soudure fiables ne peuvent être réalisées qu’avec des surfaces réellement nettoyées. Les solvants peuvent être utilisés pour nettoyer les surfaces avant le brasage mais sont insuffisants en raison de la vitesse extrêmement rapide à laquelle les oxydes se forment à la surface des métaux chauffés. Pour surmonter ce film d’oxyde, il devient nécessaire, dans le brasage électronique, d’utiliser des matériaux appelés flux. Les flux sont constitués de colophanes naturelles ou synthétiques et parfois d’additifs chimiques appelés activateurs.
C’est la fonction du flux d’éliminer les oxydes et de les maintenir éliminés pendant l’opération de soudure. Ceci est accompli par l’action du flux qui est très corrosif aux températures de fusion de la soudure et explique la capacité du flux à éliminer rapidement les oxydes métalliques. Cependant, à l’état non chauffé, le flux de colophane est non corrosif et non conducteur et n’affecte donc pas les circuits. C’est l’action du flux qui élimine les oxydes et les emporte, ainsi que la prévention de la reformation de nouveaux oxydes qui permet à la soudure de former la liaison intermétallique souhaitée.
Le flux doit fondre à une température inférieure à celle de la soudure pour qu’il puisse faire son travail avant l’action de soudure. Il se volatilise très rapidement ; il est donc obligatoire que le flux soit fondu pour couler sur la surface de travail et ne soit pas simplement volatilisé par la pointe du fer chaud pour fournir le plein bénéfice de l’action de fluxage. Il existe une grande variété de flux pour de nombreux usages et applications. Les types les plus courants sont les suivants : Colophane – non nettoyée, Colophane – légèrement activée et soluble dans l’eau.
Lorsqu’il est utilisé, le flux liquide doit être appliqué en une couche fine et uniforme sur les surfaces à assembler et avant l’application de la chaleur. La soudure à fil fourré et la pâte à souder doivent être placées dans une position telle que le flux puisse s’écouler et couvrir les joints lorsque la soudure fond. Le flux doit être appliqué de manière à ne pas endommager les pièces et les matériaux environnants.
Fers à souder
Les fers à souder existent dans une variété de tailles et de formes. Une surface continuellement étamée doit être maintenue sur la surface de travail de la panne du fer à souder afin d’assurer un transfert de chaleur approprié et d’éviter le transfert d’impuretés vers la connexion de soudure.
Avant d’utiliser le fer à souder, la panne doit être nettoyée en l’essuyant sur une éponge humide. Lorsqu’il n’est pas utilisé, le fer doit être conservé dans un support, avec sa pointe propre et recouverte d’une petite quantité de soudure
Note
Bien que la température de la pointe ne soit pas l’élément clé de la soudure, vous devez toujours commencer à la température la plus basse possible. Une bonne règle de base est de régler la température de la panne du fer à souder à 260 C – 500 F et d’augmenter la température au besoin pour obtenir le résultat souhaité.
Contrôle de la chaleur
Le contrôle de la température de la panne du fer à souder n’est pas l’élément clé de la soudure. L’élément clé est le contrôle du cycle de chaleur de l’ouvrage. La vitesse à laquelle l’ouvrage devient chaud, sa température et la durée pendant laquelle il reste chaud est l’élément à contrôler pour obtenir des connexions de soudure fiables.
Masse thermique
Le premier facteur à prendre en compte lors du brasage est la masse thermique relative du joint à souder. Cette masse peut varier sur une large plage.
Chaque joint, a sa propre masse thermique particulière, et la façon dont cette masse combinée se compare à la masse de la pointe du fer détermine le temps et la montée en température du travail.
Etat de surface
Un deuxième facteur d’importance lors du brasage est l’état de surface. S’il y a des oxydes ou d’autres contaminants qui recouvrent les plaquettes ou les fils, il y aura une barrière au flux de chaleur. Même si la pointe du fer est de la bonne taille et de la bonne température, il se peut qu’elle ne soit pas en mesure de fournir suffisamment de chaleur au joint pour faire fondre la soudure.
Liaison thermique
Un troisième facteur à prendre en compte est la liaison thermique. Il s’agit de la zone de contact entre la pointe du fer et l’ouvrage.
La figure 2 montre une vue de la pointe d’un fer à souder en train de souder un plomb de composant. La chaleur est transférée à travers la petite zone de contact entre la panne du fer à souder et le pad. La zone de liaison thermique est petite.
La figure 3 montre également une vue d’une pointe de fer à souder soudant un fil de composant. Dans ce cas, la zone de contact est fortement augmentée par la présence d’une petite quantité de soudure au point de contact. La pointe est également en contact avec le plot et le composant, ce qui améliore encore le lien thermique. Ce pont de soudure assure la liaison thermique et assure le transfert rapide de la chaleur dans l’ouvrage.
Application de la soudure
En général, la panne du fer à souder doit être appliquée sur le point de masse maximale du joint. Cela permettra l’élévation thermique rapide des pièces à souder. La soudure en fusion s’écoule toujours de la zone la plus froide vers la zone la plus chaude.
Avant d’appliquer la soudure ; la température de surface des pièces à souder doit être élevée au-dessus du point de fusion de la soudure. Ne jamais faire fondre la soudure contre la pointe du fer et la laisser couler sur une surface plus froide que la température de fusion de la soudure. La soudure appliquée sur une surface nettoyée, fluxée et correctement chauffée fondra et s’écoulera sans contact direct avec la source de chaleur et donnera une surface lisse et régulière, se terminant par un bord fin. Une soudure incorrecte présente une accumulation, un aspect irrégulier et une mauvaise finition. Pour une bonne résistance du joint de soudure, les pièces à souder doivent être maintenues en place jusqu’à ce que la soudure se solidifie.
Si possible, appliquez la soudure sur la partie supérieure du joint afin que les surfaces de travail et non le fer fassent fondre la soudure, et que la gravité aide à l’écoulement de la soudure. Le choix d’une soudure à noyau de diamètre approprié permet de contrôler la quantité de soudure appliquée au joint. Utilisez une petite jauge pour un petit joint, et une grande jauge pour un grand joint.
Nettoyage après soudure
Lorsqu’un nettoyage est nécessaire, les résidus de flux doivent être éliminés dès que possible, mais au plus tard une heure après la soudure. Certains flux peuvent nécessiter une action plus immédiate pour faciliter une élimination adéquate. Des moyens mécaniques tels que l’agitation, la pulvérisation, le brossage et d’autres méthodes d’applications peuvent être utilisés conjointement avec la solution de nettoyage.
Les solvants, solutions et méthodes de nettoyage utilisés ne doivent pas avoir affecté les pièces, les connexions et les matériaux nettoyés. Après le nettoyage, les cartes doivent être convenablement séchées.
Ressoudage
Il faut veiller à éviter la nécessité d’un ressoudage. Lorsque le ressoudage est nécessaire, les normes de qualité pour la connexion ressoudée doivent être les mêmes que pour la connexion originale.
Un joint de soudure froid ou perturbé ne nécessitera généralement qu’un réchauffage et une refonte de la soudure avec l’ajout d’un flux approprié. Si le réchauffage ne corrige pas la situation, la soudure doit être retirée et le joint ressoudé.
Mise en œuvre
Les joints de soudure doivent avoir un aspect lisse. Un lustre satiné est admissible. Les joints doivent être exempts de rayures, d’arêtes vives, de grésillement, de relâchement, de boursouflures ou de toute autre preuve de mauvaise exécution. Les marques de sonde des broches de test sont acceptables à condition qu’elles n’affectent pas l’intégrité du joint de soudure.
Un raccord de soudure acceptable doit indiquer des preuves de mouillage et d’adhérence lorsque la soudure se mélange à la surface à souder. La soudure doit former un petit angle de contact ; cela indique la présence d’une liaison métallurgique et d’une continuité métallique de la soudure à la surface. (Voir Figure 4)
Des vides propres et lisses ou des inégalités à la surface du filet de soudure ou du revêtement sont acceptables. Une transition lisse entre la pastille et le fil du composant doit être évidente.
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