Matériels de soudage 101

Quels sont les principaux matériels nécessaires pour effectuer une tâche de soudage ?

Vous pourriez penser que la soudure est le seul élément consommé. Cependant, plusieurs autres articles sont essentiels pour mener à bien le travail et sont utilisés durant le processus.

Nous présenterons également certains outils dont vous ignoriez peut-être l'utilité. Nous commencerons par la soudure et le flux. Ensuite, nous passerons aux articles moins connus comme la tresse à dessouder, les produits de nettoyage pour flux, le ruban adhésif pour soudage et les pannes de fer à souder de remplacement.

La soudure est le matériau de base d'un joint soudé. Vous la rencontrerez le plus souvent sous la forme d'une bobine de fil métallique facile à plier et à manipuler. La composition de la plupart des soudures consiste en un alliage métallique (un mélange de métaux qui ne peut pas être séparé mécaniquement) avec un bas point de fusion, entourant un noyau de flux, un composé chimique qui aide la soudure à mouiller et à s'écouler comme souhaité.

L'alliage de soudure, une fois fondu, adhérera aux éléments à assembler s'ils sont propres et chauffés au-dessus du point de fusion de la soudure. Même si presque toutes les soudures destinées à un usage électronique possèdent un noyau de flux, vous pouvez et devriez toujours ajouter du flux pour améliorer le résultat si nécessaire.

Il existe deux types principaux d'alliages de soudure : avec plomb et sans plomb. La soudure avec plomb mouille et s'écoule plus facilement, nécessite moins de chaleur et est généralement considérée comme plus facile à travailler. Cependant, le plomb n'est pas bon pour les humains ni pour l'environnement ; la soudure sans plomb a donc été créée comme alternative plus sûre.

La soudure sans plomb a largement remplacé la soudure avec plomb dans les applications de fabrication électronique, surtout depuis l'entrée en vigueur de lois imposant la réduction des substances dangereuses au début des années 2000. Toutefois, il existe encore des industries et des applications où la soudure avec plomb est utilisée, car les liaisons créées par la soudure sans plomb sont plus faibles face aux forces externes. Pour les besoins de la réparation d'électronique grand public, la soudure sans plomb est préférable.

La soudure sans plomb est fréquemment un alliage d'étain (symbole Sn), d'argent (Ag) et de cuivre (Cu). Un mélange courant est connu sous le nom de SAC ou 305. Il contient 3 % d'argent. Il fond à une température plus élevée (environ 215-220 °C) que la soudure avec plomb (183 °C) et est un peu plus difficile à travailler, principalement parce qu'il fond sur une plage de température et ne mouille pas les surfaces aussi facilement. Il existe également des alliages composés uniquement d'étain et de cuivre qui fondent à une température légèrement supérieure (227 °C) ; ceux-ci ont une capacité de mouillage encore plus faible.

La soudure avec plomb contient en réalité plus d'étain que de plomb. La plus facile à utiliser est la soudure contenant 63 % d'étain et 37 % de plomb, généralement connue sous le nom de soudure 63-37. Il s'agit du mélange eutectique (ce qui signifie qu'il possède le point de fusion le plus bas possible) qui fond comme un métal pur à une température fixe.

La température de fusion plus basse (183 °C) et les propriétés de mouillage supérieures rendent la 63-37 plus facile à utiliser. C'est l'alliage de soudure de choix pour effectuer des réparations. La température de fusion plus basse est moins risquée pour les composants à proximité. L'inconvénient est la teneur en plomb, qui est toxique.

Un autre alliage courant est le 60-40, qui fond à une température légèrement plus élevée et un peu moins uniformément.

Parmi les autres alliages utilisés dans le soudage électronique, on trouve les alliages à base de bismuth (Bi) et les alliages d'indium (In). Ces deux types sont destinés aux applications à basse température. Les chiffres indiquent les pourcentages de chaque métal dans l'alliage.

En général, vous rencontrerez ces alliages lors du soudage de composants en montage en surface (SMD). Le bismuth-étain (58Bi42Sn) et le bismuth-étain-argent (57Bi42Sn1Ag) fondent à 138°-140 °C. Ils peuvent être utilisés pour le soudage à basse température. Parfois, ils sont fondus dans des joints existants pour abaisser le point de fusion et faciliter la réparation.

Les soudures contenant de l'indium métallique sont également disponibles avec des points de fusion très bas, comme un alliage indium-étain (52In48Sn) fondant à 118 °C.

La plupart des alliages de soudure sont disponibles sous forme de fil avec un noyau de flux. Alternativement, ils sont également disponibles sous forme de pâtes à souder et de sphères.

La forme la plus courante est un fil avec du flux en noyau central. Le fil est disponible dans une grande variété de diamètres allant de 0,25 mm (0,010") à 3,125 mm (0,125"). La taille du joint et la source de chaleur utilisée déterminent le diamètre approprié.

Composée de petites sphères de soudure dans une base de flux, de nombreuses pâtes à souder peuvent être appliquées avec une seringue. Elle est généralement utilisée pour le soudage de composants en montage en surface.

Il s'agit de minuscules sphères de soudure de taille uniforme utilisées pour des besoins spécifiques, comme le renouvellement de la soudure sur des puces avec des connexions par réseau de billes (BGA).

Alors que la soudure est le matériau qui réalise le joint, le flux est essentiel pour que la soudure s'écoule et adhère.

Le flux de soudage est un composé chimique, généralement composé de colophane (dérivée de la sève de pin) et d'un composant réactif appelé activateur. Son but principal est d'éliminer l'oxydation, ce qui l'aide à adhérer aux autres surfaces et réduit la tension superficielle de la soudure en fusion.

Comme la soudure ne collera pas au métal recouvert d'une couche d'oxyde, et comme les couches d'oxyde se forment plus facilement à chaud, le flux sert à nettoyer et à protéger les surfaces à assembler. Le flux doit être chauffé à sa température d'activation, autour de 140 °C, pour nettoyer cette couche d'oxyde et recouvrir le joint afin d'éviter qu'il ne s'oxyde à nouveau.

Le flux favorise également le mouillage, permettant à la soudure de s'écouler plus facilement dans les petits espaces entre les composants. Cela crée des liaisons avec une surface de contact plus grande, qui sont par conséquent plus solides et plus conductrices. Si vous avez déjà eu le problème de votre soudure fondant en une consistance pâteuse, ajouter plus de flux est probablement la solution pour obtenir un état plus liquide.

La colophane est la base de flux la plus courante que vous rencontrerez. Il existe également des flux de résine synthétiques qui permettent d'ajuster d'autres propriétés du flux.

Les activateurs courants sont l'acide abiétique (naturellement présent dans la sève de pin), les halogénures et les amines, qui peuvent être acides ou basiques. Leur rôle principal est de subir une réaction chimique avec le métal oxydé qui se forme à la surface des composants exposés à l'air. Ces activateurs réduisent soit les oxydes métalliques en métal pur, soit forment des chlorures métalliques ou des sels métalliques solubles, qui peuvent être dissous ou absorbés par le flux. Le flux sert alors de barrière protectrice entre le métal et l'air pour empêcher une oxydation supplémentaire avant que la soudure ne puisse créer une liaison.

Les flux collants/gel sont faciles à appliquer et restent en place ; ils sont couramment utilisés pour le soudage de composants en montage en surface. C'est une excellente forme de flux polyvalente pour réaliser des connexions soudées.

Gardez à l'esprit qu'il vaut presque toujours mieux avoir trop de flux que pas assez. Vous pouvez nettoyer l'excès de flux, mais vous ne pouvez pas facilement obtenir un joint de soudure de bonne qualité avec trop peu de flux.

Les flux se présentent sous forme de pâte, collante (gel) et liquide. On les trouve également en tant que noyau dans le fil de soudure. La teneur en solides correspond généralement inversement à la fluidité. Pâte (teneur en solides la plus élevée), puis gel/collant, puis liquide (teneur en solides la plus faible).

Certaines pâtes peuvent être appliquées avec une brosse rigide.

Les flux collants sont souvent appliqués à l'aide d'une seringue et peuvent être utilisés pour maintenir de petits composants en position pour le soudage (d'où le terme collant).

Les flux liquides sont appliqués avec une brosse souple ou un stylo à flux et sont faciles à appliquer sur plusieurs connexions à la fois.

Le flux possède plusieurs caractéristiques notées dans des désignateurs de type descriptifs. Parmi celles-ci :

• Base ou véhicule du flux (ce qu'est l'ingrédient principal)
  • Colophane (R) : Très bon matériau polyvalent. Principalement utilisé pour la reprise/réparation.
  • Résine (RE ou RES) : Alternative à la colophane.
  • Soluble dans l'eau : Généralement plus agressif et nécessite presque toujours un nettoyage après application.
    • Inorganique (IN)
    • Organique (OR)
• L'activation : C'est le degré auquel un flux élimine agressivement l'oxyde ; trop n'est pas nécessairement mieux, car la corrosion augmente généralement avec l'activation. L'activateur effectue le nettoyage. Certains véhicules, comme la colophane, possèdent des activateurs acides intégrés.
  • Faible/Aucun (L)
  • Moyen/Légèrement activé (M)
  • Élevé/Activé (H)
• Halogénure : Cela aide à éliminer l'oxyde mais augmente également la toxicité de la fumée et des vapeurs, tout en nécessitant un nettoyage. Moins de flux contiennent des halogénures de nos jours.
  • Sans halogénure (0) à la fin du désignateur.
  • Halogénure (1) à la fin du désignateur.

Un stylo à flux sans nettoyage

Vous pourriez voir du flux représenté comme « sans nettoyage ». Il ne s'agit pas d'un autre type de flux, mais cela concerne les résidus que le flux laisse après le processus de soudage. « Sans nettoyage » signifie que le résidu laissé par le flux est peu susceptible de causer des problèmes avec les composants sur un circuit imprimé.

La corrosion est l'élément principal évalué dans les désignations « nettoyage » / « sans nettoyage ». Les résidus de flux peuvent encore être conducteurs. Fréquemment, la quantité de base de flux dans le « sans nettoyage » est réduite, de sorte qu'il reste moins de résidus potentiellement conducteurs.

Lorsque les circuits imprimés sont densément remplis de composants et qu'il est presque impossible de les nettoyer, le « sans nettoyage » est un avantage. Parfois, vous effectuez une réparation et le « sans nettoyage » est d'une grande aide également. Pourtant, si vous le pouvez, il est généralement préférable de nettoyer les résidus de flux de la carte, « sans nettoyage » ou non.

Le principal consommable est la tresse à dessouder en cuivre. Elle est constituée de très fins fils de cuivre tressés ensemble pour former un ruban. Habituellement, un flux sec y est déjà appliqué. Lorsqu'elle est maintenue contre un joint et chauffée, la soudure du joint est absorbée par capillarité dans la tresse, ce qui permet de retirer les composants. Vous pouvez améliorer les performances en ajoutant un peu de flux supplémentaire sur le joint lui-même, puis en utilisant la tresse.

Vous devriez toujours avoir de la tresse à dessouder sous la main. Elle existe en plusieurs largeurs et peut même déjà contenir du flux. Les erreurs arrivent, et la tresse à dessouder est un moyen pratique de les corriger.

Bien qu'il ne s'agisse pas strictement d'un consommable, une pompe à dessouder (aspirateur à soudure) est pratique pour retirer des composants plus gros qui pourraient être fixés par de plus grandes quantités de soudure.

Lorsque vous soudez, en particulier sur des circuits imprimés, vous devez nettoyer le flux et les résidus de flux (même ceux des flux « sans nettoyage »). Vous pouvez utiliser plusieurs choses pour cela. Pour dissoudre le flux :

• L'alcool isopropylique à 91-99 % est presque un solvant de flux universel. C'est le plus couramment utilisé car il est facilement disponible.
• Le nettoyant pour flux est probablement le choix ultime. Si vous l'utilisez, assurez-vous d'utiliser un nettoyant pour flux compatible avec votre flux actuel.
• Pour un nettoyage vraiment difficile, vous pouvez utiliser de l'acétone, mais méfiez-vous. L'acétone peut dissoudre de nombreux plastiques que vous ne vouliez pas dissoudre. Elle effacera souvent les marquages sur le circuit imprimé et sur les puces elles-mêmes, ce qui peut entraîner des problèmes. Il est préférable de tester d'abord pour voir si la carte gonfle ou est endommagée.
• L'eau distillée ou déionisée est excellente pour tout flux hydrosoluble ; dans la plupart des cas, les autres nettoyants ne fonctionneront pas ou fonctionneront mal sur ces flux.

Lors du nettoyage, vous pouvez utiliser des cotons-tiges (le type avec de longs bâtons en bois, pas le type ordinaire pour le nettoyage des oreilles) ou des lingettes non pelucheuses. Ne faites pas d'économies là-dessus.

Ceci n'explique pas comment utiliser votre fer à souder plus efficacement. Les pannes de votre fer à souder sont remplaçables, sauf si le fer est bon marché. Les pannes remplaçables servent à deux fins.

1. Elles vous permettent de changer de panne afin d'utiliser une forme de panne la mieux adaptée au travail si d'autres formes sont disponibles.
2. Elles vous permettent de remplacer les pannes usées.

La plupart des fers à souder ont une panne en cuivre plaqué fer. Les pannes s'usent principalement parce que la surchauffe conduit à une oxydation qui endommage le placage en fer. Une fois que le placage est endommagé, la panne doit être mise au rebut. Malheureusement, l'unité entière doit être jetée si votre fer n'a pas de pannes remplaçables.

Si possible, vous devriez avoir deux à trois types de ruban adhésif sous la main.

• Le ruban de masquage pour peintre est très utile pour les travaux à basse température, comme maintenir en place des composants à soudure traversante ou pour une protection thermique légère.
• Ruban Kapton™ (polyimide) pour la protection thermique lorsque vous souhaitez chauffer uniquement une zone spécifique. La limite supérieure habituelle est de 260 °C, mais il peut fonctionner jusqu'à 400 °C.
• Le ruban adhésif en aluminium peut également servir de bouclier thermique et son épaisseur le rend durable.

La fonction principale de ces rubans est la protection.

• Ils vous aident à éviter de faire fondre des objets que vous ne voulez pas faire fondre, comme des connecteurs en plastique ou d'autres composants.
• Ils peuvent protéger des composants sensibles à la chaleur comme les circuits intégrés.

Glossaire des termes de soudage

Comment souder et dessouder des connexions

Fer à souder ne faisant pas fondre la soudure

Fer à souder ne chauffant pas

Meilleures pratiques de soudage

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