Étain, Fil à Soudure

Le fil à souder Koocu est un fil d’étain à âme de flux, vendu en bobine de 100 g. L’étiquette de la bobine annonce un alliage 63 % étain et 37 % plomb, un diamètre de 0,8 mm, une âme de colophane dosée à 2,0 % et un poids net de 100 g. C’est le fil de la soudure électronique à la main, celui qu’on emploie pour fixer des composants sur une carte, reprendre une piste ou raccorder deux fils.

Le fil a deux rôles en un seul geste : il apporte le métal qui forme le joint, et il apporte le flux enfermé dans son âme, qui nettoie le cuivre au moment où la soudure se fait. Rien à doser, rien à étaler à part : la colophane sort du fil à mesure qu’il fond.

Caractéristiques techniques

Ce que l’alliage 63/37 change au geste

Les alliages étain-plomb ne se comportent pas tous de la même façon. Un 60/40 passe par une pâte entre le moment où il commence à fondre et celui où il est entièrement liquide : la soudure reste molle pendant quelques instants, et un mouvement du composant pendant cette pâte donne un joint terne, granuleux, qui craque. Le 63/37 est l’alliage exact où les deux températures se rejoignent : il fond et fige à 183 °C, d’un seul coup.

• Le joint fige presque instantanément. On retire la panne, la soudure durcit en une fraction de seconde : la fenêtre pendant laquelle un composant peut bouger est très courte, ce qui supprime la première cause de soudure froide.
• Le joint est brillant au lieu de mat, signe qu’il a figé d’un bloc. Un joint mat et granuleux sur ce fil signale presque toujours autre chose : une pastille mal chauffée ou une pièce qui a bougé.
• La fusion demande peu de chaleur. À 183 °C, une panne de fer ordinaire suffit largement, et le contact peut rester bref — ce qui compte pour ne pas décoller les pastilles ni surchauffer les composants.
• C’est aussi la raison de sa fragilité mécanique relative : les alliages au plomb sont tendres et ne supportent pas les vibrations d’un appareil embarqué aussi bien qu’un alliage sans plomb. Sur un montage qui vit dans un boîtier, on soigne la fixation mécanique des fils plutôt que de compter sur la soudure.

L’âme de colophane, et pourquoi il n’y a rien à ajouter

Le cuivre chaud se couvre d’oxyde en quelques secondes, et l’étain n’accroche pas sur de l’oxyde. C’est le rôle du flux : il dissout cette couche au moment du contact, la met de côté, et laisse l’étain mouiller le métal propre. Ici il est déjà dans le fil, en proportion annoncée de 2,0 %.

• Sur une carte neuve ou des composants propres, il n’y a rien à ajouter : l’âme du fil fait le travail. C’est le cas de la majorité des soudures de prototypage.
• Sur un métal oxydé — une carte ancienne, une pastille ternie, un fil qui a traîné — l’âme seule ne suffit pas. On passe alors une petite quantité de flux à l’endroit du joint, avant de chauffer.
• Les résidus de colophane restent autour du joint sous forme d’un voile ambré. Ils ne rongent pas le cuivre et gênent rarement un montage de prototypage ; on les enlève à l’alcool isopropylique et à la brosse quand le circuit est sensible (mesure d’un courant très faible, montage haute tension, ou simplement si l’on veut une carte propre).
• Le noir sur la panne n’est pas de la colophane, mais de l’étain brûlé et oxydé : il se retire en essuyant la panne chaude et en la ré-étamant, pas en grattant.

Souder avec ce fil

Le geste est toujours le même, quel que soit ce qu’on soude. La panne se pose sur la jointure, pastille et patte en même temps, environ une seconde, pour que les deux montent en température. Le fil est ensuite apporté sur la pièce chaude, pas sur la panne : il fond au contact du métal et s’étale seul autour de la patte. On retire le fil d’abord, la panne ensuite, puis on ne bouge plus l’assemblage une seconde, le temps que le joint fige et devienne brillant.

Un fil de 0,8 mm débite peu à la fois, ce qui est justement l’intérêt : on peut rester près d’une pastille fine sans noyer la carte d’un seul coup. Le fer à souder 40 W est l’outil qui va avec, à condition de tenir le contact court. Sur un fer à température réglable, un réglage autour de 300 à 350 °C convient à cet alliage, qui fond dès 183 °C.

Trois erreurs qui viennent d’ailleurs

• Un joint terne et bombé d’un côté : la pastille n’était pas assez chaude quand l’étain est arrivé. On réchauffe la jointure, on ajoute un peu de fil et on laisse le joint se reformer.
• Un pont entre deux pattes voisines : trop d’étain apporté d’un coup, ou une panne traînante en retrait. On chauffe le pont et on tire l’excédent vers l’extérieur avec la panne, ou on l’aspire.
• Une pastille décollée : le fer est resté trop longtemps sur la carte. C’est irréparable côté carte ; on repart d’un autre point de soudure et on raccorde par un fil.

Le plomb dans cet alliage : ce que cela implique

Cet étain contient du plomb, environ 37 % de son poids, et cela commande quelques règles d’usage qu’il vaut mieux connaître avant d’ouvrir la bobine.

• Ce n’est pas un étain sans plomb. Un alliage sans plomb fond plus haut (de l’ordre de 217 °C pour les étains à l’argent), donne des joints mats et demande plus de chaleur et de flux. Le fil au plomb est plus facile à travailler à la main, et c’est pour cela qu’il reste très employé en prototypage et en réparation.
• Un appareil à réparer peut exiger du sans plomb. Si le matériel est vendu comme conforme à la limitation des substances dangereuses, ou s’il doit être remis dans un circuit professionnel, la réparation se fait au sans plomb. Sinon on mêle deux alliages dont le mélange est imprévisible.
• Pas de contact avec l’eau destinée à la consommation, ni avec des aliments. Une soudure au plomb n’a rien à faire sur une canalisation d’eau potable ni sur un récipient ou un ustensile.
• Après la séance, on se lave les mains. C’est l’essentiel de la prévention : le plomb ne passe par la peau qu’à travers la bouche, et c’est en mangeant ou en fumant l’établi sur les mains qu’on s’expose. Ne pas manger ni boire à l’établi, et ranger la bobine hors de portée des enfants.
• La fumée qui monte de la soudure est celle du flux, pas celle du plomb. Elle n’est pas bonne à respirer pour autant : on travaille dans une pièce aérée, sans mettre la tête juste au-dessus du joint.

Questions fréquentes

Faut-il acheter du flux en plus ?

Pour souder des cartes neuves et des composants propres, non : l’âme du fil suffit. Un pot de flux devient utile dès qu’on touche à du matériel ancien, oxydé, ou à des fils qui ont séjourné dehors — c’est là que la colophane du fil, seule, ne vient pas à bout de l’oxyde.

Quel est le bon diamètre de fil ?

Le 0,8 mm est le diamètre polyvalent : assez fin pour une pastille de carte à composants traversants, assez gros pour garnir un trou métallisé sans y passer une minute. Un fil plus fin (0,5 ou 0,6 mm) se justifie pour de la soudure très rapprochée, un fil plus gros (1 mm et plus) pour des cosses, des connecteurs et de gros fils.

Combien de soudures dans une bobine de 100 g ?

La question se traduit en longueur : à 0,8 mm, ce fil pèse environ 4,2 g par mètre, soit de l’ordre de 23 m sur la bobine. Un joint de composant traversant consomme une fraction de gramme, donc la bobine tient sans difficulté la durée d’un projet de prototypage — c’est le format courant en atelier, et il se garde plusieurs années au sec.

Le fil se ternit au bout d’un moment : est-il encore utilisable ?

Une surface légèrement mate n’empêche pas de souder, l’âme de flux s’en charge. Un fil qui a noirci ou qui est piqué de vert a souffert de l’humidité : on enroule alors quelques centimètres de plus et on jette le bout abîmé. Le stockage dans un endroit sec et fermé est ce qui prolonge le plus sa durée de vie.

Comment retirer une soudure ratée ?

On réchauffe la jointure jusqu’à ce que l’étain soit franchement liquide, puis on aspire avec une pompe à dessouder, d’un geste sec. Tirer sur la patte sans chauffer, ou chauffer sans aspirer, arrache la pastille : c’est le geste à ne pas improviser.

Peut-on souder un composant sensible avec un étain au plomb ?

La contrainte n’est pas le plomb mais la chaleur : le risque vient du temps de contact, pas de l’alliage. Un 63/37 fond à 183 °C, donc à une température plus basse qu’un sans plomb, et une soudure réussie prend une à trois secondes. C’est ce temps qu’il faut tenir.

Points d’attention

• La bobine se range au sec, à l’abri de l’humidité et de la chaleur.
• La bobine ne se met pas en boule. Un fil enroulé sur lui-même avec des angles vifs se casse à l’usage ; on tire le fil dans l’axe de la bobine, sans le plier.
• On ne refroidit jamais un joint en soufflant dessus. Le refroidissement forcé fige le métal avant qu’il ait mouillé la pastille. On attend une seconde, simplement.
• L’eau, le sel et l’humidité sont les ennemis du joint. Un montage qui vit dehors se protège (boîtier, vernis), sinon le joint se couvre de vert en quelques mois.
• La panne du fer se nettoie à chaud, en essuyant puis en ré-étamant. L’étain neuf sur la panne, c’est aussi la première source de chaleur stable d’une soudure à l’autre.

À combiner avec

Une bobine ne sert qu’avec un fer et de quoi préparer les pièces. Le fer à souder 60 W à température réglable convient quand les montages comportent de grandes surfaces de cuivre ou quand on veut choisir la température selon le composant. La pince coupante PLATO 170 coupe les pattes après soudure et dénude proprement un fil avant de l’étamer. La gaine thermorétractable isole une épissure soudée sur un câble, et la plaque PCB double face est le support sur lequel on monte le montage une fois qu’il a été validé — on ne soude jamais sur une plaque d’essai.