L'or est un choix populaire pour Composants electroniques En effet, l'or résiste à la corrosion et est un bon conducteur d'électricité. Cependant, lorsqu'il se mélange à la soudure lors de l'assemblage, cela peut engendrer de graves problèmes pour vos circuits imprimés.
La fragilisation par l'or se produit lorsque l'or des contacts plaqués se dissout dans la soudure et dépasse 3 % du poids total de celle-ci. Elle rend les joints fragiles et cassants. Cet article vous aidera à éviter des pannes coûteuses dans vos assemblages électroniques.
Comprendre la fragilisation de l'or dans les joints de soudure
La fragilisation par l'or se produit lorsque l'or se mélange à la soudure et affaiblit le joint, le rendant sujet aux fissures et aux défaillances. Cela affecte à la fois le force mécanique et la fiabilité à long terme de vos connexions.
Définition et mécanisme
La fragilisation par l'or se produit lorsque l'or des contacts plaqués se dissout dans l'étain ou la brasure étain-plomb lors du brasage. Lorsque la teneur en or dépasse 3 % du poids total de la brasure, il se forme des composés intermétalliques fragiles qui réduisent la ductilité de la jonction.
Ces composés rendent votre joints de soudure Rigide et incapable de fléchir sous contrainte. La perte de ductilité signifie que l'articulation ne peut pas absorber les chocs. dilatation thermique ou des contraintes mécaniques, comme il se doit.
Principaux modes de défaillance
Vos joints de soudure cèdent principalement par propagation de fissures lors des cycles thermiques. Lorsque les composants chauffent et refroidissent, articulation fragile Des petites fissures se développent et s'agrandissent avec le temps.
La fragilisation des articulations les rend vulnérables aux chocs et aux vibrations. Cela entraîne des circuits ouverts et une perte de conductivité électrique dans votre système.
Composants et assemblages concernés
Les connecteurs à broches plaquées or sont particulièrement vulnérables lors du soudage sur circuits imprimés. Les composants à cycles de vie élevés utilisés dans les applications aérospatiales et militaires sont les plus exposés à la fragilisation par l'or.
Vous rencontrerez ce problème dans les connecteurs RF, les connecteurs carte à carte et tout composant où l'épaisseur du plaquage or dépasse 30 micropouces dans la zone de soudure.
Facteurs clés contribuant à la fragilisation de l'or
L'épaisseur de la couche d'or, la chimie de la soudure et les composés fragiles qu'elles forment ensemble déterminent si vos joints de soudure resteront solides ou se fissureront sous la contrainte.
Rôle de l'épaisseur et du placage d'or
L'épaisseur de votre placage or influe directement sur le risque de fragilisation. Lorsque la teneur en or dépasse 3 à 5 % en poids dans votre joint de soudure, vous entrez dans la zone à risque de rupture fragile.
Les fines couches d'or (généralement de 0.05 à 0.1 micron) conviennent parfaitement aux finitions d'or par immersion comme l'ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) et l'ENEPIG. Elles se dissolvent complètement lors du soudage. Les couches d'or électrolytiques plus épaisses peuvent poser problème car elles ne se dissolvent pas entièrement.
Finitions de surface courantes et leurs risques :
- ENIGRisque moindre grâce à la fine couche d'or
- ENEPIGSimilaire à l'ENIG avec protection supplémentaire au palladium
- Placage d'or durRisque accru lorsque l'épaisseur dépasse 1 micron
Il faut également surveiller l'apparition de dendrites d'or, des structures en or en forme d'aiguilles. Elles peuvent se développer pendant le placage et concentrer les points de tension.
Interaction avec les alliages de soudure
Les différentes soudures réagissent avec l'or à des vitesses variables. Les soudures sans plomb, comme la SAC305, forment des composés cassants plus rapidement que les soudures SnPb traditionnelles.
L'alliage SAC305 et d'autres alliages sans plomb fonctionnent à des températures plus élevées (environ 250 °C contre 220 °C pour le SnPb). Cette chaleur accrue accélère la diffusion de l'or dans la soudure.
Formation de composés intermétalliques
Le principal responsable de la fragilisation de l'or est AuSn4, un composé intermétallique fragile. Lorsque l'or se mélange à l'étain de la soudure, AuSn4 se forme à l'interface. Ce composé est extrêmement dur mais peu ductile.
D'autres composés intermétalliques peuvent également se former, en fonction des métaux de base. Ces composés intermétalliques créent des points de faiblesse où des fissures s'amorcent et se propagent à travers les joints.
Procédés de soudage et normes industrielles
Les différentes méthodes de brasage et les exigences industrielles plus strictes influent directement sur le développement de la fragilisation de l'or dans vos joints de brasage. Les procédés de montage en surface et traversant présentent chacun des défis spécifiques, tandis que des normes comme la J-STD-001 fixent des limites précises à la teneur en or afin de garantir la fiabilité des joints.
Fragilisation de l'or dans les connexions CMS et traversantes
Les composants montés en surface utilisent généralement pâte à braser avec des volumes contrôlés, ce qui limite la dissolution de l'or lors de la refusion. Le temps de séjour plus court dans fours de refusion réduit la quantité d'or des pastilles de votre circuit imprimé qui se mélange à la soudure.
Les connexions traversantes présentent des risques plus importants. Lorsque vous utilisez soudure à la vague on plaqué à travers des trousLa vague de soudure dynamique crée des temps de contact plus longs. Cette exposition prolongée permet à une plus grande quantité d'or de votre fils de composants pour se dissoudre dans la soudure. L'absence de turbulence dans les trous traversants aggrave le problème.
Exigences relatives aux normes industrielles et à la norme J-STD-001
La norme J-STD-001F exige que la teneur en or des joints de soudure soit inférieure à 3 % en poids pour les assemblages de classe 2 et de classe 3. L'or doit être retiré des bornes de soudure et des broches des composants lorsque l'épaisseur dépasse les limites de sécurité.
Impact du volume de soudure et des paramètres de processus
Le volume de soudure influe directement sur la concentration d'or. Même les joints fins avec un placage or mince peuvent atteindre le seuil de 3 %. Maîtrisez le temps de maintien et la température de soudage pour limiter la dissolution de l'or dans la soudure.
Prévention et atténuation de la fragilisation de l'or
Il est possible de prévenir la fragilisation par l'or en contrôlant la teneur en or des joints de soudure, en choisissant des finitions de surface de meilleure qualité et en testant les assemblages. Maintenir la teneur en or en dessous de 3 % en poids contribue à préserver la résistance des joints et à éviter les ruptures fragiles.
Meilleures pratiques pour l'enlèvement de l'or
Il convient de retirer le plaquage or des bornes des composants avant le soudage afin de réduire les risques de fragilisation. La méthode la plus efficace est : pré-étamage, qui remplace l'or par un revêtement compatible avec la soudureCe processus améliore soudabilité tout en éliminant l'or en excès.
Une autre option consiste à utiliser des procédés de conversion d'alliages qui éliminent l'or des terminaisons. Ces systèmes automatisés répondent aux normes industrielles telles que J-STD-001 et garantissent des résultats constants.
Il vous faut calculer le rapport or/soudure pour chaque joint. Utilisez la formule suivante : divisez la masse d’or par la masse totale de soudure et multipliez par 100. Le résultat doit rester inférieur à 3 % afin d’éviter la formation de composés intermétalliques fragiles.
Finitions de surface alternatives
Vous pouvez éviter totalement la fragilisation de l'or en choisissant des matériaux de plaquage différents. Boîte d'immersion Il offre une bonne soudabilité sans les risques liés à l'or. Il convient parfaitement à la plupart des applications courantes.
Nivellement de soudure à air chaud (HASL) Elle applique un revêtement étain-plomb qui adhère directement à la soudure. Cette finition empêche l'oxydation et préserve l'intégrité des joints.
Pour connexions à haute fiabilité, utilisation plaque segmentée— de l'or uniquement sur les zones de contact et de l'étain sur les extrémités des soudures.
Méthodes de vérification et d'essai
Il est conseillé de mesurer l'épaisseur de la dorure sur les composants avant l'assemblage. Utiliser un appareil de fluorescence X pour vérifier que le placage reste conforme aux spécifications.
Tester les joints finis par des cycles thermiques et des essais de contrainte mécanique. Ces tests permettent de déceler les éventuelles porosités ou faiblesses dues à la fragilisation de l'or avant toute défaillance sur le terrain.
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Questions fréquemment posées
Qu’est-ce qui provoque la fragilisation des joints de soudure contenant de l’or ?
La fragilisation par l'or se produit lorsque l'or se dissout dans la soudure à base d'étain pendant le processus de fabrication. processus de soudureLorsque la teneur en or dépasse 3 % du poids total de la soudure, des composés intermétalliques fragiles se forment entre l'or et l'étain.
Ces composés fragilisent vos joints de soudure et les rendent sujets aux fissures. Épais dorureL’absence de couches barrières de nickel et un mauvais contrôle de la température pendant le soudage augmentent tous le risque.
Comment détecter la présence de fragilisation dans les connecteurs plaqués or ?
La fragilisation de l'or peut être identifiée par inspection visuelle, analyse de section et essais mécaniques. Recherchez des fissures ou une fragilité anormale au niveau des joints de soudure.
Les tests professionnels comprennent des essais de choc thermique, des essais de vibration et un examen microscopique de la structure de la soudure. Ces méthodes permettent de détecter les composés intermétalliques fragiles avant qu'ils ne provoquent des défaillances.
Quels sont les impacts de la fragilisation de l'or sur la fiabilité des composants électroniques ?
La fragilisation par l'or réduit la résistance mécanique de vos joints de soudure. Les composés fragiles perdent de leur ductilité et se fissurent facilement sous contrainte.
Vos composants deviennent sensibles aux variations de température et aux vibrations. Cela entraîne des défaillances de connexion qui compromettent les performances et la durée de vie de votre appareil.
Existe-t-il des normes industrielles spécifiques pour évaluer la fragilisation de l'or dans les produits électroniques ?
Les normes IPC et JEDEC définissent l'épaisseur du plaquage or et la fiabilité des joints de soudure. Ces organismes établissent des lignes directrices pour prévenir la fragilisation des assemblages électroniques.
Les industries militaires et aérospatiales imposent des exigences strictes quant à l'épaisseur de l'or sur les contacts. Le respect de ces normes permet d'éviter les problèmes. problèmes de fiabilité.
La fragilisation de l'or peut-elle être inversée ou réparée dans les composants affectés ?
La fragilisation de l'or est irréversible. Les composés intermétalliques cassants sont permanents.
La seule solution consiste à retirer et à remplacer les soudures défectueuses. Cela implique de dessouder le composant et de le ressouder en respectant les limites de teneur en or.
Quelles sont les meilleures pratiques permettant de minimiser le risque de fragilisation de l'or lors de la fabrication ?
Utilisez un placage sélectif à l'or uniquement sur les zones de contact et un placage à l'étain sur les extrémités des soudures. Veillez à ce que le placage à l'or soit fin et ajoutez des couches barrières de nickel entre l'or et le substrat.
Contrôlez soigneusement la température et la durée de votre soudure. Envisagez un étamage préalable ou un décapage de l'or avant la soudure afin de réduire la teneur en or dans la jointure finale.
