Les applications potentielles des métaux en électronique sont très nombreuses. Il existe multitudes de composants et structures dont la conception demande une expertise particulière.
Si nous ne prétendons pas apporter ici un éclairage d’expert aux membres de l’industrie, nous avons tenté d’expliquer simplement les raisons pour lesquelles ces métaux sont choisis, plutôt que d’autres, dans les applications qui les concernent.
Partenaire stratégique de nombreuses filières industrielles telles que l’automobile, l’aéronautique, le spatial, la défense, le médical, les télécommunications ou les objets connectés, l’électronique se positionne au cœur de la transformation numérique et énergétique de la société.
En effet, selon l’étude de l’IPC rapportée dans son livre Blanc « Développer l’industrie du circuit imprimé en France » datant de Juillet 2021, entre 2018 et 2023, le taux de croissance composé au niveau mondiale pourrait atteindre 3,7%. Ce qui correspond à une croissance deux fois plus élevée par rapport au PIB mondial, qui est de 1,8% / an.
1. Pourquoi ces métaux et pas d’autres ?
Synthèse des propriétés des métaux les plus utilisés :
En électronique/connectique, les métaux ont deux rôles majeurs à remplir : être un bon conducteur électrique et constituer un bon revêtement. Le choix des métaux pour tenir ces rôles est différent en fonction de la finalité d’application du produit. Par exemple, l’exigence en qualité/sureté recherchée ne sera pas la même pour les produits dits « grand public » que pour les équipements électroniques à destination du secteur aérospatial.
1.1. Meilleurs métaux conducteurs
Les grands critères qui font un conducteur exploitable en électroniques sont les suivants : une grande conductivité électrique, une bonne ductilité (pour pouvoir modeler de petits éléments) et un bon rapport qualité-prix.
L’argent se place en première place sur la liste de meilleurs conducteurs. Cependant il n’est pas le plus utilisé parmi les métaux conducteurs.
Le cuivre se place en 2e position en termes de conductivité, mais est bien moins coûteux et plus facile à manipuler.
C’est aujourd’hui largement le métal conducteur le plus utilisé.
L’or est encore plus cher que l’argent. C’est aussi un bon conducteur, mais sa plus grande qualité est la résistance chimique à l’oxydation et à la corrosion. Il est aussi extrêmement ductile. Cette combinaison de propriétés fait de l’or un revêtement idéal dans les applications électroniques qui réclament un revêtement conducteur, mais aussi pour des applications à taille réduite comme dans les microprocesseurs.
L‘aluminium est presque aussi bon conducteur que l’or. On le retrouve principalement dans des applications connectiques.
Le Cuivre :
Le cuivre est un excellent conducteur électrique. Bien que sa valeur ait sensiblement augmenté dans les dernières années, il reste moins coûteux que l’argent, le seul métal plus conducteur.
Il est également très ductile. On peut facilement le modeler, sans risque de casser, pour toutes ses applications.
C’est un excellent conducteur thermique, ce qui permet une évacuation facile de la chaleur générée par effet Joule.
Tout cela fait du cuivre le métal le plus utilisé en électronique, que ce soit dans des fils, des circuits imprimés, etc.
Il s’oxyde au contact de l’air, il est donc nécessaire de le recouvrir pour conserver ses qualités électroniques. Pour cela, des matériaux résistants à l’oxydation et la corrosion sont employés, notamment l’or et le nickel, aussi des conducteurs.
Utilisation de CUIVRE :
Considéré aujourd’hui comme un « or rouge », ce métal est très prisé dans la fabrication d’équipement (31 %), la construction de bâtiments (28 %), les infrastructures (16 %), le transport (13 %) et les utilisations industrielles (12 %) selon les données de RNCAN, en 2018.
L’Argent :
L’argent est le meilleur conducteur électrique parmi les métaux. Pourtant, il n’est pas le plus utilisé. Il ne présente pas une conductivité suffisamment supérieure au cuivre (63 MS.m-1 contre 59,6 MS.m-1) pour justifier son coût, trop élevé pour en faire le matériau de base de l’électronique.
L’argent s’oxyde au contact de l’air : il ternit car les atomes d’oxygène et d’argent se lient à sa surface. Il en résulte une couche sombre qui impacte ses propriétés électriques par effet de peau, de la même manière que le cuivre.
Utilisation d’ARGENT :
Contrairement à l’or qui l’est principalement en joaillerie, l’argent est principalement utilisé dans l’industrie, selon Daily FX en 2020.
En électronique, il sert dans les soudures, les brasures, les semi-conducteurs, etc. 31% de la demande provient des industriels et 26% provient d’investisseurs.
Au même titre que l’or, ce métal blanc est aussi une valeur d’investissement convoitée. Il est le deuxième métal précieux le plus échangé sur les marchés.
1.2. Meilleurs métaux de revêtements
Les solutions de revêtement sont un sujet complexe. Le plus souvent on utilise des solutions mixtes, dont les compositions sont étudiées en fonction des besoins propres à chaque application.
- Un revêtement sert à protéger un substrat des agressions possibles (usure, corrosion, oxydation…), sa résistance chimique et mécanique est donc le premier critère.
- Le rapport qualité-prix est crucial, on applique d’ailleurs des couches les plus petits possibles, par économie.
- Pour des applications électroniques, la conductivité entre en jeu à cause de l’effet de peau : l’électricité dans un conducteur passe davantage dans ses bords, et donc dans le revêtement.
Le nickel est peu cher et efficace. Il permet de modérer les coûts, utilisé seul, en sous-couche ou en alliage avec d’autres métaux plus onéreux.
L’or est résistant chimiquement et très bon conducteur, mais très coûteux et peu résistant mécaniquement. En dehors des applications électroniques de pointe, on ne le trouve qu’en quantités infimes.
Actuellement, le palladium est encore plus coûteux que l’or, sa valeur a été multipliée par plus de 6 entre 2016 et 2022.
Il résiste mieux à l’usure mécanique, bien que moins conducteur. On peut le retrouver déposé en couche extérieure des circuits dorés.
L’Or :
Bien que l’or soit le troisième meilleur conducteur après l’argent et le cuivre, l’écart entre leurs conductivités est important : 63 MS.m-1 et 59,6 MS.m-1 contre 45,2 MS.m-1.
L’or est davantage utilisé dans les technologies de pointe.
Il est employé dans des applications qui requièrent une grande ductilité ou une forte résistance à la corrosion et l’oxydation. En effet l’or pur est mou et inaltérable : il ne ternit pas et ne se dissout que dans des solutions spécifiques, comme l’eau régale.
Il n’est pratiquement employé qu’en très fins fils et couches. Une sous-couche d’un autre métal est souvent appliquée pour économiser l’or (cuivre, nickel).
Utilisation d’OR :
Plus de la moitié de l’or (4.345,1 tonnes d’or en 2018) est absorbée par la joaillerie (48,4%) et par les investisseurs (29,2%) (plaquettes, lingots, pièces d’or). Le reste a été consommée par les banques centrales et dans les technologies. (source : Rncan, 2019)
Le Nickel :
Le nickel est un métal gris, abondant et peu cher, résistant à la corrosion, à l’oxydation et à l’usure.
Il est très répandu en général, du fait de son prix relativement bas.
Utilisation de NICKEL :
Il est utile comme revêtement électrolytique : déposé sur des métaux vulnérables, il les protège de la corrosion ou sert de couche intermédiaire entre deux métaux qui se diffusent l’un dans l’autre, par exemple l’or et le cuivre.
Il est majoritairement employé dans la fabrication d’acier inoxydable, mais aussi d’autres types d’alliages. Les alliages de nickel sont très peu déformables, leurs propriétés physiques et chimiques varient peu avec la chaleur.
Sources :
Faits sur l’aluminium
Demande d’argent en 2020
Faits sur l’or
Faits sur le cuivre
Auteurs de l’article :
Toutes les images, des séquences animées, les articles, dessins, photographies, marques, logos, noms de domaine et informations sous formes de textes ou d’images présents sur le Site sont la propriété de ADIMAS ou font l’objet d’une autorisation d’utilisation. Toute utilisation par reproduction, modification, téléchargement, transmission ou autre procédé existant présent ou futur est soumise à autorisation écrite préalable (courrier ou courriel) de ADIMAS. Seules les copies à usage privé et non-commercial sont autorisées sous réserve des droits de propriété intellectuelle dont il est fait mention. Tout contrevenant s’exposerait à des poursuites judiciaires.
