Étude de la tenue à la rupture d'un nouvel alliage de brasure sans plomb pour les applications d'électronique de puissance

L'usage croissant des interconnexions électriques, telles que les brasures, dans l'électronique de puissance, pose de nombreux défis, comme l'identification des lois constitutives de ces matériaux ou l'évaluation de leur tenue mécanique. Dans les systèmes de puissance pour véhicules électriques, les interconnexions électriques doivent supporter des conditions de fonctionnement relativement sévères en termes de stress thermomécanique induit par les fortes puissances qui sont imposées. Les défaillances observées résultent notamment de la délamination des puces, suite à la fissuration se produisant dans les couches de brasure. La compréhension du comportement à la rupture des alliages de brasure s'avère donc particulièrement cruciale pour accroitre la fiabilité des composants de puissance. Dans ce contexte de recherche d'amélioration des propriétés des brasures, de nouveaux alliages, incluant des éléments d'addition, ont été proposés par les industriels. Des éléments comme le nickel (Ni), le bismuth (Bi) et l'antimoine (Sb) ont pu ainsi être introduits en très faible teneur dans un alliage classique sans plomb de type SAC (Sn/Ag/Cu) afin, par exemple, d'en diminuer la température de fusion lors du procédé de brasage et d'en améliorer la résistance au fluage en service. L'ajout de ces éléments conduit, en outre, à la formation de fins précipités de composés intermétalliques permettant d'obtenir un durcissement de la microstructure. Ces caractéristiques microstructurales particulières ont aussi pour effet de modifier les mécanismes de déformation et de rupture dans les nouveaux alliages élaborés. La réponse de l'alliage à l'échelle du composant montre des propriétés mécaniques plus élevées (résistance, limite élastique, etc.), tandis que les analyses par microscopie optique après des essais de rupture révèlent un mode de rupture mixte impliquant une fissuration à l'interface avec la couche d'intermétallique de contact mais aussi aux joints de grains formés après la recristallisation dynamique de la microstructure du joint de brasure. On se propose dans cette étude d'examiner le comportement de l'alliage InnoLot (désignation commerciale), figurant parmi les nouvelles brasures sans plomb récemment développées pour les applications automobiles. Des essais mécaniques sur banc de micro-traction sont effectués sur des éprouvettes miniatures standards afin d'identifier la loi constitutive du matériau et d'investiguer ses modes de rupture. Une attention particulière est apportée à la fabrication des éprouvettes selon un profil de refusion fidèle aux spécifications industrielles, ce dernier conditionnant la qualité de microstructure obtenue. Des éprouvettes, plus particulièrement adaptées à l'analyse du comportement à la rupture, sont également utilisées pour mesurer la ténacité de l'alliage en relation avec sa microstructure. L'étude permet de mettre en évidence le rôle important des composés intermétalliques dans la tenue à la rupture de la brasure