Etude et caractérisation des liaisons céramique-métal élaborées par thermocompression : application au couple Ag/Al2O3

par Boualem Serier

Thèse de doctorat en Sciences. Génie des matériaux

Sous la direction de Daniel Treheux.

Soutenue en 1991

à l'Ecully, Ecole centrale de Lyon , en partenariat avec Laboratoire de Matériaux Mécanique-Physique (Ecully, Rhône) (laboratoire) .

mots clés

• Alliages aluminium-argent
• Oxygène
• Écrouissage
• Alumine

Résumé

Contrairement a ce qui est souvent admis, les liaisons céramique-métal obtenues sur les systèmes non réactifs (ne donnant pas de phases nouvelles a l'interface) peuvent avoir des caractéristiques mécaniques et d'étanchéités bien supérieures a celles des couples réactifs. Ces derniers sont en effet presque toujours pénalises par les propriétés de phases intermédiaires formées. Pour prouver ceci nous avons choisi d'étudier le couple argent/alumine, particulièrement défavorable du point de vue des coefficients de dilatations thermique du métal et de la céramique et par essence non réactif. Les liaisons sont obtenues par thermocompression (solid stat bonding) et testées mécaniquement par essai de traction, flexion et cisaillement. L’optimisation de la jonction peut être obtenue en jouant sur les paramètres classiques (rugosité de la céramique, température, pression, temps de thermocompression) mais surtout sur la préparation initiale du métal. Nous montrons en particulier le rôle essentiel de la teneur en oxygène en solution dans le métal et du taux d'écrouissage initial de ce dernier. Dans certains cas, nous avons pu obtenir ainsi des interfaces plus tenaces que l'alumine dans des conditions de thermocompression particulièrement intéressantes du point de vue industriel: faible température, faible charge appliquée, cycle thermique limite a une simple montée et descente en température, sans palier. Du point de vue fondamental, les résultats obtenus sont analyses à partir: 1) de l'effet tensio-actif de l'oxygène a l'interface Ag/Al2O3 ; 2) du rôle de l'adhésion plastique dans les premiers instants de thermocompression ; 3) du rôle de la recristallisation du joint dans le processus d'adhésion ; 4) de la diffusion de l'argent dans l'alumine; 5) de l'évolution de la ténacité au voisinage de l'interface céramique-métal

Titre traduit

Study and characterization of silver/alumina solid state bonding

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