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L’étamage, une technique de protection des contacts

Suite à notre article sur les revêtements, voici un article sur le procédé d’étamage, une technique très répandue dans l’industrie.

L’étamage

Définition : processus de dépôt d’une couche superficielle d’étain d’une épaisseur comprise entre 1 à 5 µm dont l’objectif est de protéger le substrat de la corrosion.

Quel sont les conducteurs utilisés en connectique ?

Avec une conductivité électrique de 59,6×106 S/m, le cuivre est le 2ème 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 étame-t-on ?

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

L’or a l’avantage de ne pas s’oxyder et d’avoir une conductivité électrique très bonne. Mais son coût limite les applications à des produits à hautes valeurs ajoutées.

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 étamé 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.

revêtement étain sur un contact
Etamage : Couche d’étain de 1 à 5 µm déposée sur un contact électrique

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 superficielle d’étain dans la zone de contact.