Alliages de brasage Indium-Plomb (In/Pb) pour des interconnexions en or fiables dans l'assemblage de semi-conducteurs

Maria Durham, la nouvelle spécialiste technique d’Indium en semi-conducteurs et matériaux pour assemblages complexes, a effectué des recherches sur les alliages de brasage indium plomb (In/Pb). Nous avons discuté de ses résultats cette semaine.

 [Andy C. Mackie : ACM] Quels alliages de brasage indium/plomb sont les plus courants et quelles sont leurs propriétés ?

[Maria Durham : MD] Tout d’abord, l’utilisation de brasages contenant du plomb (Pb) dans certaines applications de brasage est limitée par les normes environnementales locales et RoHS mais il y a encore de nombreuses applications où elle est autorisée. De nombreuses utilisations militaires, aérospatiales et d’équipement industriel ainsi que de nombreuses applications en lien avec des véhicules sont exemptées. Le tableau ci-dessous indique les alliages indium/plomb (In/Pb) (rose) et leurs propriétés, triés par température à l’état liquide ; le point de fusion le plus élevé des deux (solide et liquide) étant constaté pour les alliages non eutectiques. Les trois matériaux comparés sont en bleu.

L’Indalloy 205 est le plus utilisé, probablement parce qu’il présente la température en état liquide la plus proche de l’eutectique étain/plomb (183°C), 63Sn/37Pb (Indalloy 106). Cela signifie que le reflux est possible à l’aide d’un profile eutectique Sn/Pb standard. Les autres alliages les plus courants qui sont utilisés sont l’Indalloy7, 204 et 206. En plus de la fourchette de fusion, l’indium possède une conductivité thermique et électrique comparable aux matériaux standards.

 [ACM] Qu’est-ce qui rend les brasages indium-plomb (In/Pb) si attractifs et pourquoi avons-nous constaté une récente résurgence de leur utilisation ?

 [MD] Notre principal intérêt à utiliser des alliages de brasage indium/plomb (In/Pb) pour braser sur les surfaces de métaux précieux est que, contrairement aux brasages contenant de l’étain, ils n’attaquent pas l’or. C’est à dire que l’or ne se dissout pas en eux dans une mesure détectable. Pendant les discussions à Semicon West en 2011, un de nos clients californiens a indiqué avoir du faire 8 reflux simulés avec l’Indalloy 205 en contact avec une surface en or sans perte de solidité de la soudure et sans effritement de celle-ci. C’est assez impressionnant. Notez sur l’effritement est souvent causé par une formation intermétallique en or. Il a été relevé que même à 250°C, le 50In/50Pb dissout le Au à un rythme 13 fois plus lent que ne le fait le 63Sn/37Pb, bien que cela, bien sûr, soit une étude de limite kinésique et non de solubilité.

L’Indalloy 164 (92.5Pb/5In/2.5Ag) qui fond le plus présente le coefficient d’expansion thermique (CET) le plus faible de tous les brasages In/Pb et peut supporter les températures les plus élevées que l'on peut constater dans des applications de type brasage par étape (lorsqu’un brasage à fusion élevée est utilisé pour former la première soudure, suivi d’un alliage à fusion inférieure la plus proche, etc.). On constate cela dans des applications comme l’assemblage électronique où le brasage est souvent utilisé pour la jonction sous forme de pâte, fil ou préforme de brasage.. Le point de fusion élevé aide le brasage à supporter les températures opérationnelles associées à l'électronique sous le capot, dans des applications comme les modules de contrôle de moteur où l'Indalloy 151 (92.5Pb/5Sn/2.5Ag) ou l’Indalloy 163 (95.5Pb/2Sn/2.5Ag) sont le plus souvent utilisés. Le brasage In/Pb est excellent sur les structures très rigides comme la céramique sur le métal ou la céramique sur la céramique. La fourchette de température en état solide/liquide souhaitée peut être ajustée en modifiant le rapport indium:plomb, ce qui facilite «l’ajustement» de l’alliage selon une procédure de reflux spécifique.

Un autre intérêt de l’utilisation des brasages In/Pb est qu’ils présentent une bonne résistance à la fatigue lors d’un cycle thermique de -55°C à 125°C.  Lors des tests, la résistance à la fatigue de la soudure par brasage 50In50Pb est environ 100 fois plus importante que celle de 63Sn/37Pb.

 [ACM] Quels flux sont utilisés dans ces applications et comment sont-ils formulés différemment ?

 [MD] Les flux les plus compatibles avec les brasages contenant de l’indium au point de fusion le plus bas (<200°C) sont NC-SMQ-80 (pâte de brasage) ou le TacFlux® 012 à faible pouvoir adhésif (adapté à une utilisation pour les fils, les préformes et les sphères).  Ce sont des flux sans nettoyage, spécialement formulés pour un reflux à température inférieure. Lors d’un reflux à faible température approprié, ces flux laissent des résidus bénins qui n’ont pas besoin d’être nettoyés (flux « sans nettoyage ») bien qu’ils soient souvent nettoyés dans la plupart des applications pratiques afin de s’assurer que les liens fiables ne soient pas éclaboussés par le flux.

 Pour en savoir plus, veuillez nous contacter.

 Au plaisir ! Andy

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