Qu’est-ce que l’étamage ? 

Très répandu dans l’industrie, l’étamage est un processus de dépôt d’une couche superficielle d’étain, d’une épaisseur comprise entre 1 à 5 µm et dont l’objectif est de protéger le substrat de la corrosion.

Quels sont les conducteurs utilisés en connectique ? 

Avec une conductivité électrique de 59,6×10⁶ S/m, le cuivre est le 2^ème meilleur conducteur du courant après l’argent (63×10⁶ S/m) et avant l’or (45.2×10⁶ S/m).  Par son abondance, sa malléabilité, son excellente conductivité thermique et son prix (130 fois moins cher que l’argent et 10 000 fois moins cher que l’or), il est le candidat par excellence pour une utilisation industrielle dans les applications électriques.

Le problème majeur du cuivre en connectique est son oxydation en Cu₂0 qui se forme en surface au contact d’oxygène. Cette oxydation dégrade fortement la conductivité électrique des surfaces en cuivre. C’est une vraie problématique pour le transit du courant dans un connecteur. Plusieurs études ont mis en évidence que l’oxydation se créée instantanément à température ambiante sur quelques couches atomiques. Toutefois, l’épaississement est un processus activé thermiquement. Ainsi, à 100°C, la cinétique d’oxydation des contacts est fortement accentuée. Ceci engendre rapidement l’épaississement d’oxyde cuivreux Cu₂0 et une diminution de la conductivité électrique. L’élévation de la température lors du passage du courant et les sollicitations mécaniques de type fretting sont autant de facteurs qui accélèrent l’oxydation. 

Pourquoi utilise-t-on l’étamage ?

Pour pallier ce problème, des revêtements sont réalisés sur les zones de contact du cuivre afin de les protéger de l’oxydation. Plusieurs matériaux sont couramment utilisés : l’argent, l’or et l’étain.

Si l’or a l’avantage de ne pas s’oxyder et d’avoir une conductivité électrique très bonne, son coût quant à lui limite les applications à des produits à haute valeur ajoutée.

L’étain est sensiblement moins cher, mais possède une conductivité électrique de 9.17×10⁶ S/m, nettement moins bonne. Ce n’est donc pas pour sa conductivité électrique qu’il est utilisé, car cette dernière est très loin de celle du cuivre. De plus, l’étain s’oxyde également. Cependant, l’étain a l’avantage d’être malléable, facilement déposable par divers procédés et surtout d’avoir des couches d’oxydation friables.

Ainsi, il est possible de profiter du frottement de contact pour délaminer les couches superficielles d’oxydes d’étain et permettre de maintenir une conductivité électrique stable. La conductivité des contacts étamés est donc plus faible que celle du cuivre seul, mais l’ajout d’une couche d’étain, couramment nommé étamage, permet de garantir une résistance de contact stable et basse.

L’image ci-dessous présente le profil d’un contact étamé en contraste chimique BED-C réalisé avec un microscope électronique à balayage (MEB). L’objectif est de mettre en évidence l’effet de délaminage des couches superficielles d’étain dans la zone de contact.

Vue au Microscope Electronique à Balayage d’un contact électrique :

Les revêtements ou dépôts de surface sont principalement utilisés pour limiter les phénomènes de corrosion pouvant survenir sur les matériaux conducteurs et impacter leur conductivité.

Un peu de théorie sur la corrosion

Deux types de corrosion altèrent majoritairement les métaux :

• La corrosion chimique ou acide correspond à la réaction entre un métal et l’air ambiant dans lequel sont présents de l’oxygène, de la vapeur d’eau et des acides (oxyde de soufre SO₂, dioxyde de carbone CO₂, hydrogène sulfuré H₂S). Lorsqu’un acide est présent, l’attaque du métal peut se produire, transformant alors ce dernier en oxyde, carbonate ou sulfure.

• La corrosion électro-chimique se produit quant à elle lorsque de légères différences de propriétés chimiques ou physiques entre des métaux ou des parties d’un même échantillon forment un couple électrique. Contrairement à la corrosion chimique, il n’est pas nécessaire qu’un acide soit présent, mais il suffit que le milieu extérieur soit un électrolyte, ce qui est majoritairement le cas car le métal est presque toujours en contact avec une atmosphère humide, une solution aqueuse pouvant dissoudre des sels et activer la réaction électrolytique.

Ainsi, la corrosion est une réaction de surface des métaux se produisant lorsqu’une dissymétrie quelconque – soit dans le métal, soit dans le milieu en contact – est présente. Ce phénomène est presque toujours d’ordre électro-chimique.

Le revêtement (ou coating), une solution contre la corrosion 

Une des solutions pour éviter la corrosion des conducteurs (notamment le cuivre) consiste à choisir des matériaux conducteurs pour lesquels les problématiques de corrosion sont moins importantes que pour le cuivre.

L’étain, l’argent et l’or sont sur la liste. Mais en raison des performances mécaniques moindres ou de coûts trop élevés, la totalité du conducteur ne peut être revêtue avec ces métaux.

La solution la plus fréquemment utilisée est de revêtir un conducteur en cuivre avec une fine couche d’un autre métal. Ce métal jouera le rôle de protection du cuivre contre la corrosion. L’utilisation en fine couche permet de contenir les coûts.

Dans un prochain article, nous verrons le cas de l’étain, dont l’application sur du cuivre est une opération appelée étamage. L’étamage est très présent dans l’industrie, entre autre dans le domaine automobile.

L’accréditation COFRAC selon l’ISO 17025 est une reconnaissance officielle de nos compétences techniques, en assurant un niveau de fiabilité des essais réalisés, et atteste de notre impartialité.

Référencée sous le numéro 1-6763, la portée d’accréditation est disponible sur le site du COFRAC.

Accréditation en connectique

Depuis 2020, nous avons choisi de valoriser nos compétences en obtenant l’accréditation sur des normes et méthodes de la connectique, par exemple :

• Mesures de résistance de contact et sertissage
• Essais climatiques (température et humidité, variations rapides, etc.)
• Brouillard salin

Le choix d’une PORTÉE FLEXIBLE 2 nous permet de réaliser des essais avec vos propres spécifications, sous accréditation.

Ainsi, des résultats d’essais réalisés selon une méthode correspondant à nos compétences peuvent être rendus sous couvert d’accréditation COFRAC.

Application dédiée à la connectique

Notre choix d’investissement s’est porté sur le Microscope Electronique à Balayage JEOL.

L’utilisation du MEB JEOL pour l’expertise de contacts est particulièrement pertinente car il permet de mettre en évidence conjointement la rugosité de surface et la composition chimique des parties observées.

En ce qui concerne le domaine de la connectique et de la physique du point de contact, les zones d’abrasions sévères peuvent être ainsi révélées et la cause de l’endommagement du contact identifiée.

Surprenant dans sa capacité à répondre aux besoins les plus spécifiques, c’est un appareil qui peut être largement accessoirisé et dont le pouvoir d’évolution le rend particulièrement polyvalent et complet.

Nos travaux de Recherche et Développement nous conduisent aujourd’hui à la mise en place d’un dispositif (EBIC notamment) permettant l’alimentation électrique de systèmes au sein de la chambre du microscope.

Le passage du courant peut alors être observé, caractérisé et des défaillances électriques diagnostiquées.