Brevet FR2706139A1 — publié le 19941216

MATERIAU POUR BRASURE La présente invention a pour objet un matériau pour brasure, tel qu'une pâte à braser. Dans le domaine du montage en surface de composants électroniques, ou de boîtiers contenant ces composants, sur des substrats de type circuit imprimé, il se pose le problème de la fiabilité des joints de brasure reliant ces composants au circuit imprimé. En effet, un joint de brasure assure, d'une part, une fonction de connexion électrique entre les plots de connexion du composant et les zones de connexion correspondantes du circuit imprimé, mais il a également pour fonction, d'autre part, d'assurer la fixation mécanique du composant sur le circuit imprimé. Ainsi qu'il est connu, des difficultés peuvent se présenter lors de variations de la température environnante, notamment lors des cycles de variation rapide de température auxquels sont soumis les circuits électroniques lors de leurs tests. En effet, d'une part, le matériau de brasure est choisi pour ses propriétés physiques et chimiques : il doit être métallurgiquement compatible avec le cuivre qui forme en général les plots de connexion, tant du composant que du circuit imprimé; il doit également correctement "mouiller" les surfaces à braser, c'est-à-dire avoir une bonne adhérence sur ces surfaces, et enfin il doit avoir une viscosité adaptée à l'utilisation qui en est faite. Les matériaux de brasure très généralement retenus sont à base d'étain-plomb. Par ailleurs, le circuit imprimé est en général soit en époxy soit en céramique (alumine, fréquemment) et les boîtiers sont soit en plastique, soit également en céramique. II apparaît que les coefficients de dilatation de ces trois éléments sont différents et, même dans le cas où circuit imprimé et boîtier sont en céramique, ces différences sont suffisantes pour faire apparaître des fissures dans le joint de brasure et permettre à la corrosion de s'installer dans les fissures, corrosion qui a de plus tendance à agrandir les fissures. L'ensemble du mécanisme peut conduire à la rupture du joint de brasure, avec ses conséquences dommageables tant sur le plan électrique que sur le plan mécanique. La présente invention a pour objet un matériau pour brasure qui permette d'éviter, ou au moins de fortement limiter, ce type de problème, en introduisant dans un matériau de brasure à base d'étain-plomb, des grains répartis d'une substance dont les propriétés physiques et chimiques et la proportion sont telles que: ils amènent le coefficient de dilatation de l'ensemble à une valeur intermédiaire entre celle du composant et celle du circuit imprimé; le module d'élasticité résultant soit suffisant pour absorber les différences d'allongement dues aux différences de coefficients de dilatation résiduelles; leur température de fusion soit supérieure à celle de l'étainplomb, et enfin que ces grains ne modifient pas substantiellement les propriétés métallurgiques et rhéologiques, notamment de mouillage et de viscosité, de la brasure. D'autres objets, particularités et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple et illustrée par les dessins annexés, qui représentent: - la figure la, le schéma d'un composant monté sur un substrat de circuit imprimé; - la figure 1 b, un détail de la figure précédente; - la figure 2, une vue en coupe du matériau selon l'invention. Sur la figure la, on a donc représenté, vu en coupe, un substrat électriquement isolant Cl, du type circuit imprimé, par exemple en époxy ou en céramique, portant classiquement des zones conductrices pour la connexion des composants, interconnectées par des pistes également conductrices. Ces zones et pistes sont généralement réalisées par dépôt métallique, la plupart du temps en cuivre. Selon la technique dite de montage à plat, également appelée montage en surface, les composants ou microcircuits électroniques, disposés ou non sous boîtier et symbolisés sur la figure la par un rectangle C, sont à la fois fixés mécaniquement au substrat et reliés électriquement aux zones de connexion prévues à cet effet sur le substrat, directement à l'aide d'un joint de brasure J et non par des broches ou pattes de connexion. La figure lb représente un agrandissement de la partie A de la figure la, contenant un joint de brasure J. Sur cette figure, on a représenté, vues en coupe, une fraction du circuit imprimé Cl, une fraction du composant C et la forme qu'affecte en général le joint J, s'étendant sous le composant et remontant légèrement le long de sa face latérale. Ainsi qu'il a été expliqué ci-dessus, le choix du matériau de brasure est fait en fonction de ses propriétés physico-chimiques, notamment de compatibilité avec le cuivre, de mouillage et de viscosité, et conduit à retenir un alliage d'étain-plomb, avec en général quelques pour-cents d'argent, qui a un coefficient de dilatation différent de celui des matériaux formant habituellement le composant, son boîtier ou le circuit imprime. On voit que, lors de variations de température, le joint J est soumis à des contraintes mécaniques tant selon un axe Ox, parallèle au plan du circuit imprimé Cl, que selon un axe Oz, perpendiculaire à ce dernier plan. La figure 2 représente une coupe faite dans une pâte à braser selon l'invention. Une pâte à braser est habituellement constituée par des grains 21 d'un alliage d'étain-plomb, éventuellement additionné d'argent, sensiblement sphériques (d'un diamètre de l'ordre de quelques dizaines de micromètres), liés par un matériau 23 appelé flux, de sorte à constituer une pâte. Selon l'invention, on ajoute à cette pâte des grains 22 d'une substance choisie selon les critères suivants: son coefficient de dilatation doit être tel que, en fonction de la proportion de grains 22 par rapport aux grains 21, elle amène le coefficient de dilatation de l'ensemble de la pâte à une valeur intermédiaire entre celle du composant C et celle du circuit imprimé Cl; son module d'élasticité doit être tel que, toujours en fonction de la proportion des grains 22, elle amène le module d'élasticité de l'ensemble de la pâte à une valeur suffisante pour absorber (sans formation de fissures) les différences d'allongement qui se produisent lors de variations de température, différences d'allongement dues aux différences résiduelles dans les valeurs des coefficients de dilatation; sa température de fusion doit être supérieure à celle de l'alliage d'étain-plomb(- argent), afin de ne pas perturber les propriétés de la brasure et d'éviter toute modification des machines à braser et processus existants; plus généralement, la substance des grains 22 et la proportion des grains doivent être tels qu'ils ne modifient pas substantiellement les propriétés métallurgiques et rhéologiques, notamment mouillage et viscosité de la brasure. En particulier la substance 22 ne doit de préférence pas se dissoudre dans ltétain-plomb, ni interagir chimiquement ou métallurgique- ment avec l'étain-plomb. A titre d'exemple, les grains 22 peuvent être constitués par du métal, par exemple nickel ou graphite recouvert de nickel ou du plastique ou plastique recouvert d'un film métallique, nickel par exemple, ou encore par un alliage à mémoire de forme, par exemple un alliage cuivre-zincaluminium, les alliages à mémoire de forme présentant en général une très grande élasticité. A titre d'exemple, pour des grains 22 en nickel de diamètre de l'ordre de 40pm, la limite élastique exprimée en Pascals, de l'alliage classique SnPbAg (63-36-2) est notablement amélioré, d'environ 50% pour une proportion de 10% de grains de nickel. Toujours à titre d'exemple, dans le cas de grains en alliage à mémoire de forme (Cu-Zn-Al), la limite de l'alliage SnPbAg précédent passe, à 20"C, de 56 MPa à 140 MPa, tandis que le module d'élasticité passe de 43 GPa à 78 GPa. L'invention a été décrite ci-dessus dans le cadre du montage en surface des composants, domaine où elle est particulièrement avantageuse. Toutefois, elle s'applique également au cas où les composants sont montés sur le circuit imprimé par l'intermédiaire de pattes. En effet, ce cas également conduit à des problèmes de fiabilité car l'élasticité des pattes peut ne pas compenser totalement la désadaptation mécanique entre boîtier et circuit imprimé. REVENDICATIONS 1. Matériau pour brasure, destiné à former un joint de brasure entre un composant électronique (C) et un substrat de circuit imprimé (Cl), comportant des grains (21) d'un alliage à base d'étain-plomb liés par un flux (23), le matériau étant caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des grains (22) une substance dont les propriétés physico-chimiques et la proportion sont telles que: le coefficient de dilatation du matériau soit amené à une valeur intermédiaire entre celle du composant et celle du substrat le module d'élasticité du matériau soit suffisant pour absorber les différences d'allongement susceptibles de se produire lors de variations de température; la température de fusion de la substance soit supérieure à celle de l'alliage; telle ne modifie pas substantiellement les propriétés métallurgiques et rhéologiques du matériau. 2. Matériau selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la substance est un métal ou un alliage métallique. 3. Matériau selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la substance est du nickel. 4. Matériau selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les grains sont formés de graphite recouvert de nickel. 5. Matériau selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la substance est une matière plastique. 6. Matériau selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les grains de plastique sont recouverts d'un film métallique. 7. Matériau selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la substance est un alliage à mémoire de forme. 8. Matériau selon la revendication 7, caractérisé par le fait que l'alliage comporte du Cuivre, du Zinc et de l'Aluminium.