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Propriétés mécaniques de micro-poudre d’argent fritté comme matériau de report pour l’électronique de puissance

par DIRE - publié le , mis à jour le

Propriétés mécaniques de micro-poudre d'argent fritté comme matériau de report pour l'électronique de puissance

Xavier Milhet, Pascal Gadaud, Recherche et Ingénierie en Matériaux, Mécanique et Énergétique - Institut P’

Les contraintes environnementales (norme roHs) imposent le remplacement des brasures conventionnelles base Pb de report de puces pour l’électronique de puissance embarquée sur les véhicules électriques. Dans ce contexte, l’argent fritté est un candidat de remplacement prometteur car possédant d’excellentes propriétés thermoélectriques
Cette étude, financée par l’ANR VTT Fidea, propose donc une caractérisation de ses propriétés mécaniques, indispensables pour appréhender la durée de vie des assemblages complets en utilisation réelle.

Les propriétés mécaniques étudiées en traction (élasticité, limite d’élasticité, contrainte et déformation à rupture de type ductile) ont pu être très clairement corrélées à la densité de porosité nanométrique présente après frittage. Après vieillissement (représentatif des conditions d’utilisation), si les propriétés élastiques évoluent peu, les propriétés plastiques sont largement dispersées en relation avec la modification de distribution spatiale des pores observée en 2D et 3D (collaboration Université Manchester).

Des essais plus spécifiques de DRM (Dynamic Resonant Method) ont également permis de modéliser le comportement élastique par un modèle de distribution aléatoire de pores sphériques. Ils ont également révélé que dès le début du vieillissement les contraintes thermiques d’élaboration sont relaxées par le matériau dont la limite d’élasticité conventionnelle est inférieure au niveau de contraintes initiales.

Afin de réaliser des essais de caractérisation mécanique de micro-poudre d’argent fritté, utilisée sous forme de joints de 50 µm d’épaisseur pour le report de de puces d’électronique de puissance embarquée, 3 types d’échantillons ont été réalisés :

a) Échantillons massifs (500-600 µm d’épaisseur) pour essais de traction ; une étude complète 2D a montré que grâce à un protocole spécifique d’élaboration, leur structure est représentative des brasures

b) Éprouvettes asymétriques frittées (Cu+Ag+Cu) pour essais de cisaillement ; ces essais sont dédiés à une caractérisation de la rupture plus riche que les ‘shear tests’ classiquement utilisés dans l’industrie

c) Échantillons massifs (Ag) et composites (Cu+Ag) pour essais de DRM (dynamic resonant method) : caractérisation élasticité et contraintes internes

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