Brasures composites architecturés sans plomb pour les modules électroniques de puissance

Abderrahmen Kaabi (1) , Yves Bienvenu (1) , David Ryckelynck (1) , J. Idrac (2) , E. Font (2)

1 CDM - Centre des Matériaux
2 LNE - Laboratoire National de Métrologie et d'Essais [Trappes]

Généralement, un module électronique de puissance utilisé pour les véhicules électriques et hybrides (EV/HEV) est un assemblage de plusieurs composants électroniques en silicium (transistors et diodes) brasés sur un substrat en cuivre. La brasure, qui est souvent un alliage riche en plomb de type PbSn, assure le transfert thermique et la conduction électrique entre les différents composants électroniques et le substrat. En fonctionnement, les modules de puissance sont soumis à des cycles thermiques. Sous l'effet de flux thermiques dissipés, l'assemblage de différents éléments dans un module de puissance génère des contraintes importantes dans la brasure. Elles sont essentiellement dues à des propriétés de dilatabilité différentes des matériaux qui constituent l'assemblage qui peuvent conduire à des défaillances caractérisées par l'amorçage puis la propagation de fissures au niveau de la brasure. D'autre part, pour des raisons environnementales, l'élimination du plomb dans les alliages de brasage électronique est devenue une priorité industrielle. En effet, les nouvelles règlementations telle que la directive REACH, vont progressivement imposer l'élimination du plomb pour de telles applications. Toutefois, les alliages sans plomb utilisés à ce jour souffrent d'une faible résistance au vieillissement thermique. Sous l'effet de la chaleur, la microstructure initiale de la brasure peut évoluer en donnant naissance à des intermétalliques. Ces dernières peuvent se développer sous la forme de plaquettes aciculaires (aiguilles) qui constituent des sites privilégiés à la concentration de contraintes. Ce phénomène de concentration réduit alors drastiquement la durée de vie du module électronique. L'objectif principal de cette étude est de développer une brasure sans plomb mais relativement réfractaire présentant des conductivités thermique et électrique élevées associées à une dilatabilité la plus proche possible de celle du silicium (CTE~5.10-6K-1). De plus, la microstructure de la brasure doit prendre en compte la maîtrise de croissance des intermétalliques lors du vieillissement.

Mots clés: brasure composite; brasure sans plomb; module de puissance; frittage; diffusion; intermétalliques; dilatabilité thermique controlée; matériau architecturé; mécatronique

Domaines: Matériaux

Abderrahmen Kaabi, Yves Bienvenu, David Ryckelynck, J. Idrac, E. Font. Brasures composites architecturés sans plomb pour les modules électroniques de puissance. Matériaux 2010, Oct 2010, Nantes, France. 11 p. ⟨hal-00570543⟩