Meilleur fil de soudure - Sn63Pb37 vs Sn60Pb40 vs…?

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Habituellement, mes circuits sont remplis de composants SMD à pas très fin. Je soude les prototypes manuellement, ce qui prend beaucoup de temps. De bons outils et une soudure de haute qualité peuvent accélérer le processus.

Je préfère utiliser la soudure au plomb, car elle coule mieux à des températures relativement basses. De cette façon, je peux empêcher mes composants de surchauffer. La soudure au plomb n'est pas autorisée pour les produits commerciaux, mais convient pour le prototypage.

Il existe plusieurs types de fils de soudure au plomb sur le marché. J'essaie de savoir lequel est le "meilleur". Définissons "le meilleur" comme suit:

Basse température de fusion (empêche la surchauffe des composants).
Bon mouillage des tampons et des broches.
Contient de préférence du flux, donc il n'est pas nécessaire de l'appliquer tout le temps à l'extérieur.
Diamètre très fin pour le soudage de petits composants (comme le boîtier LFCSP, les résistances 0402 ou même 0201, ...)
Le prix n'est pas un problème.

J'ai plusieurs questions:

1. Étain - Alliages de plomb
J'ai lu sur Wikipedia que la soudure Sn60Pb40 est très populaire pour l'électronique (je suis d'accord, j'ai utilisé celle-ci jusqu'à présent). Wikipedia mentionne également que Sn63Pb37 est légèrement plus cher mais donne également des joints légèrement meilleurs.

Que pensez-vous de Sn60Pb40 vs Sn63Pb37 ? Quelle est réellement la différence?

2. Alliages exotiques
Mais ce ne sont pas les seuls alliages de soudure. Des combinaisons plus exotiques - contenant de l' étain + du plomb + de l'argent et même avec de l' or existent.

Ces combinaisons exotiques changeront-elles les propriétés?

3. Alliages de bismuth et d'indium
Certains d'entre vous m'ont fait connaître les alliages à base de bismuth et d'indium . J'ai dédié une nouvelle question pour les couvrir: Bismuth ou soudure à l'indium - que choisiriez-vous?

REMARQUE: j'utilise un extracteur de fumée de soudure.

soldering

— K.Mulier
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Vous avez oublié une propriété importante: les effets environnementaux. Les soudeurs à base de plomb sont interdits dans l'UE car ils sont toxiques et difficiles à manipuler d'une manière qui n'expose pas les employés des entreprises de recyclage aux risques pour la santé. La soudure à base de plomb a donc principalement disparu dans l'UE et dans la plupart des pays qui exportent vers l'UE.

— Attila Kinali

Si vous voulez des soudures à très basse température, regardez les alliages d'indium. Il y a même une société appelée Indium Corp qui se spécialise en eux. Ils ont des soudures avec des températures de fusion jusqu'à ~ 38 C.

— The Photon

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@ThePhoton, attendez une minute, je suis confus. 38 ° C? Es-tu sérieux? J'ai lu dans la fiche technique de la soudure à base de bismuth sur DigiKey (numéro de pièce SMDSWLTLFP32-ND) que le point de fusion est de 138 ° C, pas 38 ° C ...

— K.Mulier

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Même si vous utilisez de la soudure au plomb uniquement pour les prototypes, tout ce qui touche cette pointe de soudure a immédiatement besoin d'un autocollant de déchets toxiques dans la plupart des juridictions que je connais. Sauf si vous avez vraiment besoin de soudure au plomb, je vous recommande d'utiliser du plomb sans plomb.

— Attila Kinali

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Malheureusement, la soudure sans plomb fait des joints de très mauvaise qualité lors du soudage manuel. Elle ne coule pas aussi bien, mouiller les petits tampons peut être difficile, les joints finissent souvent par être faibles et mats, au lieu d'être solides et brillants, etc. La soudure sans plomb est mieux utilisée avec un four de refusion, sous forme de pâte. J'achète toujours du fil de soudure au plomb. Je pense que les aspects environnementaux ne sont pas pertinents dans le prototypage. Maintenant, bien sûr, les fumées sont toxiques. Faites attention. Pas plus dangereux que de travailler avec toute autre vapeur chimique toxique. La soudure au plomb donne toujours de meilleurs résultats avec moins de travail ou de reprise.

— Drunken Code Monkey

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Sn63 / Pb37 est meilleur que 60/40 car il s'agit d'un alliage eutectique . Cela signifie qu'il a le point de fusion le plus bas de tous les alliages Sn / Pb et qu'il se solidifie de manière relativement abrupte à une température plutôt que sur une plage. Généralement, les deux sont des avantages ou neutres.

Les combinaisons avec de petites quantités (disons) d'or tendent à réduire la tendance de la soudure à dissoudre le matériau (l'or dans ce cas).

De nos jours, de nombreux soudeurs évitent d'utiliser du plomb et sont souvent principalement de l'étain avec d'autres matériaux tels que le cuivre, le bismuth, l'argent, etc. D'après mon expérience, elle est pire dans tous les sens par rapport à la soudure étain / plomb, sauf peut-être dans les applications où une température de fusion élevée est importante.

Flux une autre matière - il existe un certain nombre de types différents.

Si la conformité RoHS (et la toxicité) ne sont pas préoccupantes, la soudure 63/37 Sn / Pb avec flux de colophane RMA est un excellent choix et convient aux applications de haute fiabilité. Très bien pour le soudage à la main ou la refusion.

Pour la production destinée aux marchés mondiaux, il peut être nécessaire d'utiliser des soudures sans plomb avec des profils de température plus pointilleux et des performances inférieures. Parfois, les flux solubles dans l'eau ou non propres sont acceptables, selon le produit et son incidence sur le processus (et éventuellement sur la fonctionnalité du produit).

— Spehro Pefhany
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Plus important au sujet des alliages eutectiques: à mesure qu'il se solidifie, la composition de la partie solide est égale à la composition de la partie liquide. Ainsi, vous n'obtenez pas un mélange de régions de composition différente (avec différentes propriétés physiques comme le TCE) dans le matériau solidifié.

— The Photon

@ThePhoton Ah, c'est probablement la raison pour laquelle la solidification est plus abrupte. Merci.

— Spehro Pefhany

Oui aussi. Parce que la composition liquide ne change pas lorsque le produit vendu commence à se former, la température de fusion ne change pas.

— Le Photon du

J'aime la réponse de @Minho ci-dessous. Il souligne que l'alliage eutectique 63/37 se solidifie plus rapidement, ce qui n'est pas bon pour l'alignement automatique des composants CMS.

— K.Mulier

@ K.Mulier L'auto-alignement est assez complexe - impliquant le mouillage et la tension superficielle. La soudure au plomb 63/37 est généralement meilleure que sans plomb. Voir, par exemple, l' étude de l'auto-alignement des composants dans la technologie de montage en surface K. Dušek1), M. Novák1), A. Rudajevová2)

— Spehro Pefhany

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La soudabilité a plus à voir avec la surface de cuivre oxydé et le choix du flux pour réduire l'oxydation et les éboulements.

Je me souviens que le mélange de soudure eutectique ou à la température la plus basse est 63/37.

Dans certains cas, la contamination par la soudure par l'antimoine peut entraîner de mauvais joints.

Mais les différences de température sont mineures par rapport à; préparation de surface, propreté, choix du flux, température de stockage de la pâte, temps à l'air libre, durée de conservation; conception du tampon pour la refusion, le préchauffage de la planche (poêle ou four IR, ou?) et les courbes de profil de l'air chaud ou de la chaleur rayonnante avec thermocouple et manque de turbulence mais d'écoulement régulier.

Tout cela affecte le mouillage, le taux de combustion des substances volatiles, la tension superficielle, les courts-circuits, les ouvertures, la pierre tombale, etc. et assurez-vous que la conception du tampon est optimisée pour la refusion et le profil thermique.

Assurez-vous également que le DRC a été fait avant que le design ne soit envoyé et vérifié par le magasin.

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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Merci beaucoup. Qu'entendez-vous par: "Dans certains cas, la contamination par la soudure par l'antimoine peut entraîner de mauvaises articulations."? Comment cela peut-il arriver?

— K.Mulier

qualité des fournisseurs. Notre entreprise avait une fois une soudure de contrôle de chimiste dans les années 80 pour détecter systématiquement l'antimoine et d'autres contaminants lorsque les ordinateurs centraux avaient une planche à pas fin qui ressemblait à des couches externes de feuille de rasoir Remington avec 50 couches de cuivre entre elles et d'énormes bennes à ordures pour le panier d'immersion en or liquide placage. Je vous recommande fortement d'utiliser un type d'or d'immersion ou un placage équivalent.

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Les contacts plaqués or sont en fait pires que ceux de l'usine HASL. Pour plaquer l'or sur le cuivre, vous avez besoin d'une couche de nickel entre les deux, sinon le cuivre migre à travers l'or et finit par le corroder. Le nickel n'est pas un très bon conducteur, et les plaquettes plaquées or ont donc généralement une résistance plus élevée que le cuivre ordinaire. La seule raison de plaquer les contacts avec de l'or est d'empêcher la corrosion à long terme, mais vous pouvez déjà utiliser un revêtement conforme en spray pour cela. L'or se dissout également dans l'étain, ce qui modifie la composition de votre soudure, ce qui affecte la qualité des joints. L'argent d'immersion est le meilleur.

— Drunken Code Monkey

Merci DCM, je pensais en fait à ENEPIG mais j'ai dit IG, oui ENIS et IS sont très bons.

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

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D'un point de vue pratique, la principale différence entre les deux est que le 63/37 est un alliage eutectique. En bref, cela signifie qu'il a un seul point de fusion et non une plage en plastique comme la soudure 60/40.

Pour le prototypage et l'utilisation amateur, c'est vraiment plus une question de préférence. Si vous soudez des fils ensemble, par exemple, 63/37 est plus facile à utiliser car il se solidifie plus rapidement et ne provoque pas de joints de soudure froids. Cependant, si vous soudez des composants de montage en surface sur un PCB à la main, la gamme de plastique de 60/40 peut vous aider car cela permet aux composants de "s'enclencher" en place.

— Minho
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Intéressant. Pouvez-vous approfondir ce truc de "mise en place"? Je ne savais pas que les deux alliages seraient différents de cette manière particulière. J'aime en savoir plus :-)

— K.Mulier

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Étant donné que de nombreux appareils CMS sont si légers, la tension superficielle de la soudure fondue les forcera à s'aligner correctement. Cela ne peut se produire que lorsque la soudure est à l'état fondu. Un alliage de soudure non eutectique aura une plage de températures plus large où il sera fondu et cela est important lorsque vous soudez manuellement.

— Minho

Ça a du sens. Merci de l'avoir signalé :-). Avez-vous de l'expérience avec des soudures à base de Bismuth ou à base d'indium?

— K.Mulier

J'ai utilisé Chip Quick Low Melt qui contient du bismuth dans l'alliage. La principale raison de cette utilisation est le dessoudage de composants ou connecteurs sensibles à la chaleur.

— Minho

Ah d'accord. Mais que diriez-vous de souder au lieu de dessouder?

— K.Mulier

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"Diamètre très fin pour le soudage de petits composants (comme le boîtier LFCSP, les résistances 0402 ou même 0201"

Cela implique que vous parlez de fil à souder, par opposition à de la pâte à souder. Les produits Henkel Multicore sont mon choix.

Ma réponse courte, personnellement: Henkel Multicore Sn63 / Pb37 0,38 mm Crystal 400. (Digi-Key 82-117-ND).

Henkel Multicore Sn60 / Pb40 0,35 mm Ersin 362 (ce dernier nom est la composition du flux) est également correct mais j'aime le 63/37.

Certains des alliages les plus exotiques, tels que Bi58 / Sn42 (ou Bi57.6 / Sn42 / Ag0.4), peuvent être obtenus sous forme de pâte à souder, mais n'existent pas vraiment en tant que fil de soudure.

Ces alliages Bi sont attrayants car ils sont un alliage eutectique à basse température sans Pb. De nombreux inconvénients généralement associés aux alliages sans Pb proviennent de températures de fonctionnement plus élevées.

Personnellement, je préfère souvent les alliages contenant du Pb pour une utilisation en laboratoire à petite échelle, comme vous. De toute évidence, si vous avez besoin de la conformité RoHS pour votre produit, vous avez besoin sans Pb, et si vous fabriquez vos assemblages PCB sur n'importe quelle ligne PCBA industrielle, ils seront tous configurés avec des alliages sans Pb et des profils de température de toute façon, donc vous l'utilisez quand même même si vous n'avez pas strictement besoin de RoHS.

ChipQuik fabrique des pâtes à souder dans une gamme d'alliages différents, y compris les alliages de bismuth 138C, dans de petits emballages compatibles avec les petits utilisateurs de R&D ou de loisirs.

Si vous retravaillez une carte qui contient déjà de la soudure, il est préférable d'utiliser la même soudure à l'origine sur la carte, sinon vous obtenez un alliage "intermédiaire" qui peut avoir des propriétés métallurgiques inconnues. Ceci est particulièrement important avec les alliages Bi / Sn à basse température qui peuvent changer considérablement leur point de fusion et leurs propriétés mécaniques si un peu de "dopage" Pb accidentel est présent.

Sparkfun vend un alliage Sn96.35 / Ag3 / Cu0.5 / 0.15Sb qui, selon eux, est excellent - mais cela semble être un alliage étrange! Il est proche de Ag03A, mais il est différent, et il n'apparaît pas dans le grand tableau Wikipedia des alliages de soudure et de type soudure.

— Luc
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Réponse très intéressante! Merci d'avoir inclus les numéros DigiKey.

— K.Mulier