| |
Electronique
: l’élimination du plomb c’est pour demain ! Etes-vous
prêt ?
 Organisé
par le Pôle de Compétences en Analyse Non Destructive, la
CCI de Grenoble, l’ARATEM et l’Agence Rhône-Alpes pour
la Maîtrise des Matériaux, le symposium “ brasage sans
plomb : contraintes et contrôles non destructifs ” qui s’est
déroulé les 17 et 18 Avril 2002 à Grenoble a permis
de faire le point sur la réglementation et les avancées
technologiques dans l’élimination du plomb dans l’électronique
ainsi que sur les méthodes de contrôle non destructif.
Le plomb, considéré comme un élément toxique,
a déjà été éliminé d’un
certain nombre d’applications telles que l’essence ou les canalisations
d’eau potable. C’est désormais l’électronique
qui est concernée. L’interdiction du plomb va induire des
changements importants dans les procédés qui vont demander
de gros efforts à tous les acteurs de la profession.
Certaines entreprises sont bien préparées et des brasures
de substitution sont déjà commercialisées. Il
convient, dans la mesure du possible, de mettre en commun les stratégies
envisagées pour l’élimination du plomb afin d’éviter
les pertes de temps et d’aboutir à une certaine standardisation
et une compatibilité entre des procédés et matériaux
utilisés par les différents acteurs.
Un point sur la réglementation
Au niveau réglementaire, la commission européenne a proposée
en juin 2000 deux directives. La première concerne les déchets
des équipements électriques et électroniques, la
deuxième porte sur la réduction des substances dangereuses.
Cette dernière prévoit le bannissement du plomb, du mercure,
du cadmium, du chrome hexavalent et de certains composés bromés
utilisés comme retardateurs de flamme. Elle concerne les secteurs
suivants : petit et gros électroménager, télécommunication,
informatique/équipement audio/video, matériel d’éclairage,
jouets et outillage, distributeurs automatiques.
Les secteurs de l’aéronautique, de l’automobile, du médical
et les matériels de contrôle ne sont à ce jour pas
concernés. Il existe également une liste d’applications
spécifiques pour lesquelles les substances visées sont
autorisées. Le Parlement Européen a procédé
à la deuxième lecture de ces directives le 10 avril dernier.
Celles-ci ont été adoptées et ne peuvent plus être
révisées. Le Conseil des Ministres doit désormais
proposer une position commune en juin 2002. L’adoption effective
de ces directives aura lieu au plus tard à la fin de l’année
2002.
A ce jour, la date la plus probable d’entrée en vigueur de
l’interdiction du plomb dans l’électronique est le
1er Janvier 2006. Les industriels prévoient que l’année
2003 sera une période transitoire d’adaptation et que l’entrée
du sans-plomb dans la production pourrait se faire dès 2004 : il
est donc urgent de se préparer à cette évolution.
Au Japon, il n’existe pas de réglementation directe
concernant l’usage du plomb dans l’électronique qui est
plutôt traité au niveau du recyclage, mais certaines sociétés
s’orientent volontairement vers des solutions sans plomb (par exemple
: Matsushita). Un travail important est également réalisé
sur la standardisation des alliages et des finitions. Aux USA,
il n’y a pas de bannissement du plomb mais on observe une augmentation
des contrôles. Les seuils de tolérance sont également
moins élevés pour les utilisateurs et on observe, d’autre
part, une prise d’initiatives volontaires par les industriels
pour éliminer le plomb. Dans certains états, les lois sur
les déchets sont également renforcées.
L‘élimination du plomb : conséquences sur les composants
électroniques
Le passage au
sans plomb dans l’électronique implique le remplacement d’un
métal courant et bon marché par des alliages incluant des
métaux tels que l’étain et l’argent. Outre les
conséquences économiques liées au seul surcoût
de ces métaux, ce changement implique l’adaptation des
procédés de brasage et des méthodes de contrôles
non destructifs. L’élimination du plomb dans les alliages
nécessite, en effet, de travailler à température
plus élevée. Cette augmentation de température engendre
un certain nombre de contraintes au niveau de la fiabilité des
composants et du choix des matériaux support.
La définition de la notion de sans plomb, l’élévation
des température de process et le choix des alliages les plus performants
posent différents problèmes aux fournisseurs de composants
électroniques. La majorité des composants ont des terminaisons
protégées par des alliages, entre autres, au plomb. L’analyse
chimique des composants montre que les BGA sont les plus riches en plomb
(teneurs de 3 à 8 % en poids). Face à l’absence d’une
définition précise de la notion de sans plomb, trois fournisseurs
européens de composants, STMicroélectronics, Philips et
Infineon ont proposé une définition commune en juillet 2001.
Cette dernière est basée sur une teneur en plomb maximum
de 1000 ppm dans les composants.
Avec l’utilisation de brasures sans plomb, les températures
de procédé approchent 260°C. Or, avec l’alliage
étain/plomb, les composants et les substrats étaient prévus
pour résister à des températures maximales de 240
°C. Au-delà de cette limite, les condensateurs électrolytiques,
les relais, les bobines, les plastiques encapsulant les composants, les
interfaces et les substrats, sont affectés thermiquement. Pour
éviter des dommages irréversibles, il est nécessaire
de maîtriser très précisément la température
de procédé et d’utiliser de nouveaux matériaux
ayant une plus grande résistance thermique. Le JEDEC travaille
actuellement sur une norme (J-STD020) intégrant les critères
pour la brasure sans plomb des composants.
Il existe actuellement des BGA avec des billes sans plomb composées
d’alliage SnAgCu qui ne posent pas de problème de montage.
Pour le revêtement des connexions, plusieurs alliages peuvent
être utilisés : nickel-palladium-or, étain-argent,
étain-bismuth, étain-cuivre, étain pur. L’étain
pur semble être la solution préférée par beaucoup
d’industriels.
Les revêtements sont faciles à mettre en œuvre et présentent
une bonne soudabilité. Le problème majeur rencontré
avec ce matériau est la formation de filaments monocristallins
(Whiskers) pouvant causer des courts-circuits.
Il semble cependant peu probable que l’alliage étain-plomb
soit remplacé par un seul standard.
Les fournisseurs de composants électroniques risquent également
de rencontrer des problèmes de compatibilité des
alliages sans plomb avec les alliages avec plomb lors de la période
de transition durant laquelleles deux cohabiteront.
Un procédé pour le sans plomb : la vapocondensation
Les alliages sans
plomb possèdent des points de fusion plus élevés
ce qui nécessite d’utiliser des températures plus importantes
pour le brasage. Il devient donc primordial de contrôler précisément
la température afin de ne pas générer de surchauffe
des alliages, des composants et des supports. Le profil de température
de l’assemblage doit être parfaitement maîtrisé.
Les technologies de chauffage par infrarouge ou par convection imposent
souvent une température supérieure de 35 à 50 °C
par rapport à la température de fusion de la brasure. Le
procédé utilisé avec des alliages sans plomb doit
permettre de garantir la cinétique de montée en température
et le contrôle de cette dernière in situ.
La vapocondensation permet cela. Ce processus physique repose sur le cycle
vaporisation/condensation d’un fluide caloporteur comme moyen de
transfert thermique. En se condensant sur la carte électronique,
la vapeur va lui céder ses calories et la chauffer. Le four est
à une température constante et homogène, dictée
par le fluide caloporteur utilisé. En choisissant judicieusement
ce fluide, ce procédé permet d’obtenir des températures
homogènes dans une plage de 50 à 250 °C. Par exemple,
en cédant son énergie au substrat, un fluide caloporteur
ayant une température d’ébullition de 250 °C va
chauffer uniformément le substrat à 240 °C, à
pression constante.
La vapocondensation est un procédé polyvalent qui permet
d’éviter la dégradation des circuits imprimés
par surchauffe de ces derniers.
Contacts : AET - M. Cornu - 04.76.90.41.18 et ECM
- M. Jumeau : 04.76.49.65.60
L’analyse non destructive
L’élimination du plomb engendre de nombreuses conséquences
sur les assemblages électroniques, tant en termes de procédés
et de maintien en température, que de propriétés
mécaniques et microstructurales du joint brasé. C’est
pourquoi, il est important de pouvoir évaluer la fiabilité
de ces assemblages par des techniques d’analyse non destructive.
La deuxième journée du symposium s’est donc proposée
de faire le point sur les dernières évolutions technologiques
en termes de caractérisation.
Elle a permis notamment la présentation des contrôles
par rayons X et par ultrasons et de la tomographie en microscopie
acoustique. Ces différentes techniques d’analyse permettent,
entre autres, de contrôler les BGA, d’identifier des défauts
éventuels sur les composants et de détecter la délamination
des assemblages brasés. Enfin, les moyens de mesure des paramètres
critiques d’endommagement ont été avancés à
partir d’un exemple d’analyse mécanochimique des billes
des BGA sous contraintes thermomécaniques.
Un CD ROM contenant les différentes présentations du
symposium est disponible à l’Agence Rhône-Alpes pour
la Maîtrise des Matériaux (www.agmat.asso.fr)
Contact : Marie Lerbs : 04.79.25.36.01 marie.lerbs@agmat.asso.fr
Document de synthèse
A l’occasion du Symposium, l’Agence Rhône-Alpes pour la
Maîtrise des Matériaux a remis à jour le document
de synthèse qu’elle avait édité en 1996 intitulé
“ brasure sans plomb pour l’électronique ”.
Cette synthèse passe en revue les alliages de substitution du plomb
en rappelant pour chacun leurs avantages et leurs limites. Sont également
présentées les diverses conséquences engendrées
par les nouvelles brasures sur les procédés, les composants
et la fiabilité des assemblages. Les finitions des substrats et
des composants, les perspectives à venir ainsi que quelques conseils
et adresses pour le passage au “ sans plomb ” complètent
ce document.
Cette synthèse est disponible gratuitement pour les adhérents
de l’Agence Rhône-Alpes pour la Maîtrise des Matériaux
et les participants au Symposium.
Contact : Marie Lerbs : 04.79.25.36.01 marie.lerbs@agmat.asso.fr
Pôle de Compétences
en Analyse Non Destructive de Grenoble
Le Pôle de Compétences en Analyse Non Destructive de Grenoble
regroupe un ensemble d’actions spécialisées provenant
aussi bien de l’enseignement (Université de Grenoble), de
la recherche (CNRS), de petites entreprises (Insidix, AET, Metronelec),
d’associations et agences (ARATEM, Agence Rhône-Alpes pour
la Maîtrise des Matériaux, JESSICA, CCI de Grenoble), que
de grandes sociétés (ST, HP, Schneider Electric, SANMINA-SCI...)
qui se sont regroupées afin de valoriser leur savoir.
Les compétences gravitent autour de l’électronique/micro-électronique,
des techniques d’analyses non destructives, de la normalisation ainsi
que de la définition, le développement, la réalisation
et l’installation de nouvelles techniques et outils de production
ou d’analyse.
Le Pôle s’est donné pour règle de développer
les compétences mutuelles de ses membres, tout en essayant
de mettre ses compétences au service des autres, en particulier
des PME/PMI.
Les réunions régulières ou les symposiums organisés
comme celui des 17 et 18 avril 2002 autour de l’élimination
du plomb de l’électronique, sont des exemples de cette volonté
de transfert d’informations et de compétences.
Grenoblois, de par sa composition, le Pôle n’entend pas se
limiter à sa région d’origine mais participe déjà
à des actions moins locales ( région Rhône-Alpes,
France ou International ).
Contact : André Clément - andre.clement@st.com
-
www.sansplomb.org
Des sites Internet sur le sans plomb
:
USA : www.nemi.org et
www.leadfree.org
UK : www.lead-free.org
et www.pb-free.com
Japon : www.jeida.jp
 |
 |
|
