La soudure au plomb a été le choix dominant dans la fabrication des circuits imprimés au cours des dernières décennies en raison de son coût économique et de son point de fusion bas. Cependant, avec la prise de conscience croissante des questions environnementales et sanitaires, les gens s’inquiètent de plus en plus des dangers potentiels liés à l’utilisation de la soudure au plomb. En 2006, l’Union européenne a officiellement mis en œuvre une réglementation limitant l’utilisation de certaines substances dangereuses (telles que le plomb) dans les produits électroniques. Depuis lors, la transition vers la soudure sans plomb s’est accélérée. La soudure au plomb et la soudure sans plomb ont toutes deux la même fonction, à savoir fixer solidement les composants aux circuits imprimés, mais elles diffèrent sur plusieurs aspects essentiels. Le blog suivant propose une comparaison complète de soudure au plomb vs soudure sans plomb.
Soudure au plomb et soudure sans plomb : principales différences
Composition de l’alliage
La soudure au plomb est également appelée soudure SnPb, ce qui signifie qu’il s’agit d’un alliage métallique eutectique d’étain (Sn) et de plomb (Pb), généralement exprimé sous la forme d’un rapport 63/37 Sn/Pb. La soudure sans plomb est un alliage métallique composé principalement d’étain (Sn), avec des ajouts possibles d’argent (Ag), de cuivre (Cu), d’antimoine (Sb), de bismuth (Bi), de nickel (Ni) ou de zinc (Zn). Parmi ceux-ci, l’étain-cuivre est la combinaison la plus couramment utilisée, offrant une meilleure résistance mécanique. L’étain-argent offre une meilleure conductivité ainsi qu’une résistance accrue à l’oxydation et à la corrosion. L’étain-zinc est une option économique avec un point de fusion bas.
Point de fusion
Le point de fusion de la soudure au plomb (63/37 Sn/Pb) est de 183 degrés Fahrenheit (environ 84 degrés Celsius). Elle a un point de fusion bien défini, inférieur à celui des autres soudures, ce qui réduit le risque d’endommager les composants et facilite l’atteinte de la température de soudage requise. Ainsi, la soudure au plomb est avantageuse pour l’assemblage des circuits imprimés et cause moins de dommages thermiques à la carte de circuit imprimé.
Par rapport à la soudure au plomb, la soudure sans plomb a généralement un point de fusion plus élevé, qui varie en fonction de la composition de l’alliage, allant de 50 °C à plus de 200 °C. Le point de fusion augmente avec la concentration en étain. Le point de fusion plus élevé est l’une des raisons pour lesquelles ses joints de soudure s’oxydent plus rapidement que ceux de la soudure au plomb.
Principales différences entre la soudure au plomb et la soudure sans plomb en termes de matériaux et de performances
- Résistance à la corrosion : la soudure sans plomb présente une meilleure résistance à la corrosion.
- Caractéristiques physiques et apparence : la soudure au plomb est plus molle que la soudure sans plomb et forme généralement des joints de soudure plus lisses et plus brillants.
- Résistance mécanique (cisaillement) : la soudure sans plomb forme des joints avec une résistance au cisaillement plus élevée que la soudure au plomb (27 contre 23 MPa, respectivement).
- Soudabilité (mouillabilité) : par rapport à la soudure au plomb, la soudure sans plomb présente une tension superficielle plus élevée (548 contre 481 mN/m) et une mouillabilité plus faible, nécessitant généralement l’ajout d’environ 2 % (en masse) de flux.
- Propriétés électriques : par rapport à la soudure sans plomb, la soudure au plomb présente une conductivité électrique plus faible (11,5 % contre 15,6 % IACS) et une résistivité électrique plus élevée (15 contre 11 MΩ·cm).
- Conductivité thermique : la soudure sans plomb offre de meilleures performances de transfert thermique que la soudure au plomb (73 contre 50 W/mK, respectivement).
- Coefficient de dilatation thermique (CTE) : la soudure au plomb a un CTE plus élevé que la soudure sans plomb (23,9 contre 21,4 µm/m°C, respectivement).
- Résistance à la fatigue : la soudure au plomb offre généralement une meilleure résistance à la fatigue, environ trois fois supérieure en termes relatifs.
- Densité : la soudure au plomb est plus dense que la soudure sans plomb (respectivement 8,5 contre 7,44 g/cm³).
Impact sur la santé, la sécurité et l’environnement
Les produits électroniques utilisant de la soudure au plomb peuvent causer de graves dommages à l’environnement, notamment en polluant l’air, le sol et l’eau. Lors du soudage ou des réparations ultérieures, le plomb peut se retrouver dans l’air sous forme de poussière ou de fumées, qui se déposent ensuite dans l’environnement. Une fois que la poussière de plomb pénètre dans le sol, elle est difficile à dégrader naturellement. Une accumulation à long terme peut modifier la composition du sol. La soudure au plomb contenue dans les produits électroniques mis au rebut peut lentement s’infiltrer dans les nappes phréatiques, les rivières ou les lacs dans les environnements humides.
Le plomb a un impact direct sur le système nerveux, le système sanguin et les organes internes, et il est difficile à métaboliser et à éliminer de l’organisme. Une exposition à court terme au plomb peut provoquer toute une série de symptômes (par exemple, maux de tête, douleurs abdominales, perte de mémoire), qui sont souvent des signes avant-coureurs de dommages physiques. Une exposition prolongée ou un contact avec des concentrations élevées de plomb peut même entraîner des lésions cérébrales ou la mort.
En revanche, la soudure sans plomb élimine le plomb comme source de contamination, ce qui réduit considérablement les risques pour l’environnement et la santé tout au long du processus de fabrication, d’utilisation et d’élimination en fin de vie.
Comparaison des coûts entre la soudure au plomb et la soudure sans plomb
L’augmentation du coût des soudures a un impact direct sur le coût global des circuits imprimés. La différence de coût entre les soudures au plomb et les soudures sans plomb est importante. Les soudures au plomb sont plus économiques. En même temps, elles sont généralement fabriquées à partir d’étain allié à du cuivre, de l’argent ou d’autres métaux. Ces métaux sont beaucoup plus chers que le plomb, ce qui augmente considérablement le coût global des soudures sans plomb.
| Aspect | Soudure au plomb | Soudure sans plomb |
| Composants principaux | Sn/Pb 63/37 | Sn, Ag, Cu, Sb, Bi, Ni ou Zn |
| Point de fusion | 183 °C | 217-220 °C (alliage SAC typique), selon la composition de l’alliage |
| Aspect du joint de soudure | Plus lisse, plus brillant | Légèrement plus terne, plus rugueux |
| Mouillage / mouillabilité de la soudure | Bon | Mauvaise, ~2 % de flux nécessaire |
| Exigences du processus | Température de soudure standard | Température plus élevée requise, plus de flux |
| Coût | Plus rentable | Coût légèrement plus élevé |
| Santé et sécurité | Toxique, non conforme à la directive RoHS | Plus sûr, conforme à la directive RoHS |
| Applications courantes | Appareils électroniques traditionnels, produits sensibles au coût | Appareils électroniques grand public, marchés soumis à des réglementations environnementales |
| Disponibilité / Approvisionnement | Largement disponible | De plus en plus courante, peut varier selon le type d’alliage |
Soudure au plomb et soudure sans plomb : laquelle est la meilleure ?
Il s’agit en effet d’un choix controversé. En réalité, il est impossible de déterminer avec certitude quel type de soudure (avec ou sans plomb) est le meilleur. En raison de ses bonnes performances et de ses avantages en termes de prix, la soudure au plomb est la solution privilégiée dans l’industrie électronique depuis des décennies. Elle est donc encore utilisée aujourd’hui dans certaines applications et industries.
Comparé à la soudure au plomb, la soudure sans plomb n’est pas aussi facile à utiliser. La toxicité du plomb et les restrictions imposées par les réglementations en vigueur sont les principales raisons pour lesquelles la plupart des fabricants de circuits imprimés adoptent la soudure sans plomb. Dans les pays et régions qui restreignent l’utilisation de produits électroniques contenant du plomb (tels que les États-Unis et l’Union européenne), les fabricants de circuits imprimés sont tenus d’utiliser de la soudure sans plomb. C’est la seule option possible.
Dans les projets de bricolage, de prototypage ou de réparation électronique, la soudure au plomb reste un choix courant pour de nombreux ingénieurs et amateurs d’électronique. Comparée à la soudure sans plomb, la soudure au plomb a un point de fusion plus bas et une meilleure mouillabilité, ce qui rend la soudure manuelle plus facile à contrôler. Bien sûr, les opérateurs doivent toujours prêter attention à la ventilation et à la sécurité afin de minimiser les risques pour la santé.
Conclusion
Le choix entre une soudure au plomb et une soudure sans plomb n’est pas seulement une question de performance. Il faut également tenir compte des exigences de conformité, des influences environnementales, etc. Bien que la soudure au plomb soit encore utilisée dans certaines applications, la tendance générale dans l’industrie s’oriente clairement vers des solutions sans plomb pour des raisons de sécurité et de durabilité.
En comprenant les différences entre la soudure sans plomb et la soudure au plomb, les fabricants de circuits imprimés peuvent faire des choix plus éclairés, en équilibrant la fiabilité, la conformité et l’efficacité de la fabrication. Chez MOKOPCB, nous accordons toujours la priorité à la conformité et fournissons des produits conformes à la directive RoHS. Contactez-nous pour démarrer votre prochain projet !
