Soudure sans plomb vs soudure au plomb : Comparatif expert et guide pratique

Presque tous les appareils électroniques utilisent de la soudure comme « colle » pour fixer les composants sur un circuit imprimé. Qu'il s'agisse de soudure sans plomb ou de soudure au plomb, les fonctions restent quasi identiques. Toutefois, selon les produits et applications, différents types de soudure peuvent être requis.

Le choix de la soudure impacte directement le processus de brasage. Une mauvaise sélection rendra l'opération délicate. Il suffit d'acquérir des connaissances théoriques sur les types et caractéristiques des soudures pour réaliser un brasage aisé et fiable.

Selon vos besoins, vous pouvez opter pour de la soudure au plomb ou sans plomb. Chaque méthode présente avantages et inconvénients. Pour garantir la qualité des joints de soudure, il est essentiel de choisir l'option la mieux adaptée à votre projet.

(Fabrication automatique de pointes de fer à souder pour le brasage et l'assemblage de circuits imprimés)

1. Qu'est-ce que la soudure ?

Qu'est-ce que la soudure exactement ? Pourquoi privilégier la soudure sans plomb plutôt que la soudure au plomb ? Y a-t-il des inconvénients associés à chacune ? Cet article explore en profondeur le comparatif soudure sans plomb vs soudure au plomb. À la fin, vous maîtriserez les points clés pour faire le bon choix.

La soudure est un alliage métallique composé d'étain et de plomb, fondu à l'aide d'un fer chaud porté à haute température (environ 600 °F / 315 °C). Au refroidissement, il crée une liaison électrique robuste.

La soudure traditionnelle utilisée dans l'industrie électronique est un mélange d'étain et de plomb. Différents types de soudure servent à des usages variés, y compris en plomberie.

En électronique, la soudure standard contient 60 % d'étain et 40 % de plomb, connue sous le nom de « mélange eutectique ». Bien que ce soit un terme chimique, ce mélange fond à une température inférieure à celle attendue pour ses composants purs.

(Processus de brasage d'un circuit imprimé avec composants électroniques)

2. Soudure sans plomb vs soudure au plomb

Maintenant que vous savez ce qu'est la soudure, examinons les différences entre soudure sans plomb et soudure au plomb, ainsi que les avantages de cette dernière, notamment dans l'industrie électronique.

Sous la pression de réduire l'usage du plomb, la soudure sans plomb s'est généralisée. Pour des raisons sanitaires et environnementales, des directives interdisent l'utilisation commerciale de soudures contenant du plomb. Les soudures traditionnelles ne sont donc plus disponibles pour le grand public, notamment les amateurs.

Récemment, la soudure étain-plomb traditionnelle est rapidement remplacée par des alternatives sans plomb. Plusieurs variétés apparaissent sur le marché, dont une contenant 99,3 % d'étain et 0,7 % de cuivre.

Ces nouvelles soudures sans plomb fonctionnent exactement comme les soudures traditionnelles et ne posent pas de problème aux amateurs ou constructeurs particuliers.

La soudure au plomb

La soudure au plomb a été le point de départ de la révolution électronique. Ce mélange (60 % étain, 40 % plomb) fond vers 170–190 °C. Connue sous le nom de « soudure tendre », elle est prisée pour son point de fusion bas. Le plomb empêche aussi la croissance de whiskers d'étain.

De nombreux amateurs utilisent la soudure au plomb pour leurs projets non commerciaux, non soumis aux restrictions RoHS. Son point de fusion plus bas réduit les risques de joints froids et accélère le refroidissement. De plus, les amateurs en consomment moins, ce qui limite les déchets et explique l'absence de restrictions pour un usage non commercial.

(Soudure sans plomb, outils de brasage et circuit imprimé vert)

3. Pourquoi utiliser de la soudure sans plomb ?

La soudure sans plomb présente des avantages significatifs par rapport à la soudure au plomb. Les assembleurs PCBA qui l'ont adoptée en vantent les mérites.

Nouvelles réglementations RoHS

Premièrement, la soudure sans plomb permet de se conformer aux directives RoHS (Restriction of Hazardous Substances), qui touchent toute l'industrie électronique et la fabrication de produits électroniques. Originaires d'Europe, ces directives limitent l'usage de substances dangereuses. Depuis le 1er juillet 2006, tous les produits concernés doivent respecter RoHS. Outre le plomb, sont visés : phtalate de butyle et de benzyle, chrome hexavalent, phtalate de diisobutyle.

Protection de l'environnement

Au-delà de RoHS, les assembleurs adoptent la soudure sans plomb pour protéger l'environnement. Le plomb qui atteint le sol contamine sols, air et eau, et y persiste longtemps. Le plomb dans les carburants cause de la pollution atmosphérique en zone urbaine. Les sols près des autoroutes s'en accumulent ; la poussière transporte les particules vers lacs et rivières, affectant la vie aquatique et les riverains. L'eau contaminée au plomb devient dangereuse à long terme. Une exposition élevée provoque faiblesse, anémie, lésions cérébrales et rénales. Chez la femme enceinte, le plomb peut nuire au système nerveux du fœtus.

Meilleur brasage des PCB

Enfin, la soudure sans plomb offre un meilleur brasage sur PCB. Elle ne s'étale pas pendant le refusion, ce qui améliore les résultats. Pas d'usure rapide du pochoir ni de problèmes majeurs. Avec la soudure au plomb, on observe plus de vides et de décollements de filets traversants. Les résultats au PCB sont excellents avec la soudure sans plomb : tous les composants adhèrent correctement.

(Bobine de fil de soudure au plomb sur fond blanc isolé)

4. Inconvénients de la soudure sans plomb vs soudure au plomb

La soudure au plomb est plus facile à manipuler

Si la soudure sans plomb performe bien, la soudure au plomb reste plus facile à manipuler. Même si un enfant en ingère, l'organisme l'absorbe comme toxique. Le plomb pur se nettoie aisément des mains, contrairement à la soudure sans plomb. Elle est aussi plus facile à apprendre : la formation au brasage utilise majoritairement de la soudure au plomb.

Température de fusion plus basse

La soudure au plomb fond à 183 °C / 361 °F, contre 217 °C / 422 °F pour la sans plomb. Les composants et matériaux PCB doivent supporter ces températures élevées.

Moins de problèmes de qualité sur la pointe

Le brasage sans plomb exige des fers à haute puissance, risquant d'endommager la pointe et de créer des défauts sur la carte. La haute température impose un retrait rapide de la pointe, problème évité avec la soudure au plomb.

Manque de tension superficielle

Le principal défaut de la soudure sans plomb est son manque de tension superficielle : elle ne résiste pas aux forces externes. En environnement sévère, les composants peuvent se détacher facilement.

Durée de conservation

Le flux de soudure au plomb a une durée de conservation prolongée. Ce n'est pas le cas du sans plomb : l'exposition à l'oxygène réduit sa tenue. Le plomb pur a des mécanismes de vieillissement plus lents ; sa durée de vie est 2 fois plus longue.

(Composants de soudure sans plomb sur circuit imprimé)

5. Différences de performance : soudure sans plomb vs soudure au plomb

Différence de point de fusion

La soudure sans plomb exige des températures de fer plus élevées et des temps de maintien plus longs. La soudure au plomb fond vers 183 °C, la sans plomb vers 217 °C. Ce point de fusion élevé entraîne l'oxydation de la soudure et peut affecter les condensateurs électrolytiques.

Mouillabilité

La mouillabilité — capacité du soudure fondu à adhérer aux composants — est plus lente et d'aspect terne/gris avec la soudure sans plomb. Les joints à la soudure au plomb sont brillants et nets. Une mouillabilité insuffisante dégrade les performances des joints et augmente les taux de rebut.

Températures d'application différentes

La soudure sans plomb demande des températures de fer plus élevées, idem pour les températures de refusion, contrairement à la soudure au plomb.

(Gros plan sur soudure sans plomb et pistolet à souder)

6. Différences physiques : soudure sans plomb vs soudure au plomb

Les différences physiques portent sur les matières premières. En production, on utilise du flux. Avec pâte à souder au plomb : « flux au plomb ». Avec pâte sans plomb : « flux sans plomb ».

L'usage diffère : la soudure au plomb sert aux projets d'amateurs (hors RoHS), la sans plomb aux projets sérieux soumis à RoHS.

Les joints sans plomb sont gris, ternes et rugueux. Les joints au plomb sont brillants, nets, polis et plus tendres. En densité : soudure au plomb 8,5 g/m², sans plomb 3,5 g/m².

(Soudures sans plomb sur fond blanc isolé)

7. Défauts causés par la soudure sans plomb

Le brasage sans plomb (conforme RoHS) n'est pas nouveau. Des milliers d'assembleurs l'utilisent. Pourtant, certains défauts notables apparaissent, surtout sur PCB multicouches épais.

Whiskers d'étain

Premier défaut : les whiskers d'étain. Ce sont des structures filiformes conductrices protrudant des surfaces finies à l'étain. Ils causent des courts-circuits. Pour les éviter, expérience, pratique et connaissances en brasage sans plomb sont nécessaires.

Croissance de dendrites métalliques

Autre problème : les dendrites métalliques, dépôts d'oxydes métalliques en forme d'arbre sur l'isolant du PCB. Issues de migration ionique, elles provoquent aussi des courts-circuits et nuisent à la fonctionnalité.

Génération de CAF (Filament Anodique Conducteur)

La soudure sans plomb génère du CAF, filament conducteur né d'une réaction électrochimique. Comme les précédents, il cause des défaillances PCB. S'il n'est pas corrigé tôt, il devient coûteux.

Peste d'étain (défaut d'étain)

La peste d'étain survient lors d'un changement de phase polymorphe spontané. Sous 13 °C, l'étain blanc (densité 7,30 g/cm³) passe à l'étain gris (5,77 g/cm³). Théoriquement menaçant, ce défaut est rare car l'étain contient généralement des impuretés.

D'autres défauts existent : contamination/érosion du cuivre, décollement de filet, vides de rétraction, fluidité réduite, paramètres de fonctionnement plus stricts. Mais les technologies modernes de brasage permettent de les minimiser.

(Défauts du brasage sans plomb)

8. Comment choisir la meilleure solution de soudure ?

Comment choisir entre soudure au plomb et sans plomb ? Longtemps, la soudure au plomb fut la norme universelle. Mais ses effets néfastes sur la santé (insuffisance hépatique, lésions rénales, danger pour les femmes enceintes) ont déclenché un mouvement vers le sans plomb. Les grands fabricants l'imposent.

Aujourd'hui, la soudure sans plomb équipe presque tous les appareils électroniques, malgré une difficulté légèrement supérieure (point de fusion élevé). Les difficultés s'atténuent progressivement.

Le choix dépend de votre projet :

• Amateur / projet non commercial : la soudure au plomb est idéale. Elle est bon marché et non soumise à RoHS.
• Fabricant commercial / qualité primordiale : optez pour la soudure sans plomb. Écologique, non dangereuse, elle donne les meilleurs résultats de brasage PCB.

(Réparation d'un circuit imprimé avec soudure sans plomb)

Résumé

Ce guide complet couvre les différences entre soudure sans plomb et au plomb. Selon votre projet, choisissez l'option adaptée. Évitez la soudure au plomb pour ne pas enfreindre la réglementation. Le brasage sans plomb offre les meilleurs résultats.

Des questions ? Contactez-nous pour tous vos besoins en soudure au plomb ou sans plomb. Nous fournissons des informations de haute qualité et des solutions PCB sans plomb. Notre équipe réactive est prête à vous assister.