Tin whiskers : que sont les moustaches d'étain et comment réduire le risque
Les tin whiskers, ou moustaches d'étain, sont des filaments métalliques extrêmement fins qui peuvent pousser spontanément sur les surfaces étamées, même après des mois ou des années. Avec le passage au sans plomb, ils sont devenus un enjeu de fiabilité en électronique. Ce guide explique d'où ils viennent et quelles mesures réduisent le risque.
Dickmann Srl · mis à jour le
De quoi s'agit-il
Un whisker est un monocristal d'étain en forme de fil, d'un diamètre de quelques micromètres et d'une longueur pouvant atteindre plusieurs millimètres. Il pousse de la surface vers l'extérieur, sans nécessiter de courant ni d'humidité. Le risque est électrique : un whisker peut créer un court-circuit entre des conducteurs proches, par exemple entre les broches d'un composant à pas fin.
Où et pourquoi ils poussent
Le phénomène concerne surtout les finitions en étain pur électrolytique des composants, des connecteurs et des terminaisons, plus que les joints de soudure. La cause principale est la contrainte de compression dans la couche d'étain, que le métal relâche en expulsant les filaments.
| Source de contrainte | Exemple |
|---|---|
| Croissance des composés intermétalliques | Entre l'étain et le substrat en cuivre ; ils se forment lentement, même à température ambiante |
| Contrainte mécanique | Pression sur les connecteurs press-fit, pliage des broches |
| Cycles thermiques | Dilatations différentes entre l'étain et le substrat |
| Corrosion et oxydation | Environnements humides ou agressifs |
| Type de dépôt | Finitions en étain brillant, à grain fin et contenant des résidus organiques |
Comment réduire le risque
Pour évaluer les finitions, l'industrie utilise des méthodes d'essai et des critères d'acceptation spécifiques, comme ceux des normes JEDEC sur les whiskers : les applications critiques doivent être qualifiées avec le fournisseur des composants.
- Finitions en étain mat plutôt que brillant.
- Sous-couche de nickel entre le cuivre et l'étain, qui ralentit la formation des composés intermétalliques.
- Traitements thermiques après le dépôt, selon les spécifications du procédé électrolytique.
- Refusion de la finition, qui en modifie la structure.
- Vernis de tropicalisation (conformal coating) sur les cartes, qui freine la croissance et le contact des filaments.
- Dans les applications exemptées de la RoHS, de petits ajouts de plomb à la finition.
Et les joints de soudure ?
Les alliages de soudure comme le SAC305 ou le Sn99.3Cu0.7 sont beaucoup moins sujets aux whiskers que les finitions en étain pur, car leur structure et les composés qu'ils contiennent réduisent les contraintes internes. Le risque doit surtout être évalué sur les finitions des composants. Pour l'étamage électrolytique, voir les anodes en étain pur ; pour les alliages de soudure, les alliages sans plomb.