Brevet FR2877678A1 — publié le 20060512

Bande d'alliage fer-nickel pour la fabrication de grilles support de circuits intégrés La présente invention concerne des bandes d'alliage fernickel utilisables notamment pour la fabrication de grilles supports de circuits intégrés dans une large gamme de composants électroniques tels que les mémoires statiques, les mémoires dynamiques ou programmables et les microprocesseurs. Les composants électroniques comportent des circuits intégrés fabriqués à partir de pastilles de silicium gravées et collées sur des grilles destinées notamment à former les pattes de connexion de ces circuits intégrés. Ces grilles doivent être constituées d'un alliage ayant des propriétés io multiples les rendant compatibles avec les pastilles de silicium nommées "puces électroniques" et permettant la fabrication des composants dans de bonnes conditions. En particulier, l'alliage doit avoir un coefficient de dilatation thermique légèrement supérieur à celui du silicium pour maintenir le composant en compression lors de refroidissements des cycles thermiques du procédé de fabrication du composant et durant son usage, afin d'éviter l'apparition de contraintes mécaniques importantes. Par ailleurs, l'alliage doit présenter une résistance mécanique Rrn suffisamment importante pour que les pattes de connexion ne se déforment pas lors des manipulations au moyen d'automates. Mais, il doit présenter également une bonne aptitude à la mise en forme, c'est-à-dire, d'une part une ductilité suffisante caractérisée par un allongement total supérieur à 5% et, d'autre part, un ratio entre la limite d'élasticité Rpo,2% et le module de Young E suffisamment bas afin de réduire le retour élastique lors du pliage des pattes. L'ensemble des ces caractéristiques permet d'éviter tout endommagement des pattes lors de leur mise en forme. 2 2877678 Enfin, la bande obtenue ainsi que les pattes fabriquées doivent présenter la plus grande stabilité dimensionnelle possible après découpe, mais aussi tout au long des différents cycles thermiques du procédé de fabrication et durant son utilisation. Cette stabilité dimensionnelle passe par de faibles contraintes résiduelles dans la bande pour assurer la co-planéité des pattes internes et externes des grilles, mais aussi par un faible rétreint lors des traitements thermiques utilisés pour la fabrication des composants. On estime ainsi que, la valeur de rétreint sur une bande de 180 mm de long soumise à un cycle de io chauffage à 500 C pendant 4 minutes, ne doit en aucun cas dépasser 15 pm, soit une déformation Ir inférieure à 8.10"3%, et de préférence pour les composants les plus exigeants inférieure à 4.103%. De façon classique, les grilles supports de circuits intégrés sont réalisées en alliage N42 qui est un alliage fer-nickel contenant environ 41 À) de nickel. Les bandes utilisées sont obtenues par un procédé de fabrication standard comprenant une série d'opérations de laminage à froid avec recuits de recristallisation intermédiaires, la dernière opération étant un laminage à froid dont le taux d'écrouissage (ou taux de réduction d'épaisseur) permet de régler les caractéristiques mécaniques et notamment le Rm de la future grille. Les bandes obtenues présentent cependant des caractéristiques insuffisantes en terme d'aptitude au pliage, mais aussi de stabilité dimensionnelle, et plus particulièrement en terme de rétreint. En effet, on observe couramment des rétreints pouvant aller jusqu'à 40.10-3%, et na descendant pas en-dessous de 6.10-3%. Afin de remédier à ces inconvénients, l'usage est d'utiliser des bandes ayant subi un traitement thermique final supplémentaire dit de détensionnement, à une température très inférieure à la température de recristallisation, afin de diminuer les contraintes résiduelles et le rétreint sans abaisser significativement la résistance mécanique. Cependant, ce traitement n'est pas en mesure de réduire le rétreint audessous de 5.10"3%, ni de réduire la totalité des contraintes résiduelles, ce qui entraîne des problèmes 3 2877678 de stabilité dimensionnelle observables pour les grilles dédiées aux applications les plus exigeantes. Le but de l'invention est donc de mettre à disposition une bande d'alliage fer-nickel mieux adaptée à la fabrication de grilles support de circuits intégrés, et présentant en particulier des caractéristiques de stabilité dimensionnelle et d'aptitude au pliage améliorées par rapport aux solutions de l'art antérieur. A cet effet, un premier objet de l'invention est constitué par une bande d'alliage fer-nickel, comprenant en % en poids: 32 Co + Ni 450/0 0 Co:g 6,50/0 05Cr 6,5% Cu 3% Si S 0,5% Mn Les inventeurs ont en effet constaté qu'une telle microstructure permettait de manière surprenante de résoudre l'ensemble des différents problèmes techniques posés. La bande d'alliage selon l'invention peut en outre comporter l'une quelconque des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison: ladite microstructure comprend des grains en cours de recristallisation, d'un diamètre maximum de 20 pm, viisibles au Microscope Electronique en Transmission (MET) sur lame mince la bande présente une résistance mécanique Rm comprise entre 540 et 755 MPa, 4 2877678 la bande présente une résistance mécanique Rm comprise entre 540 et 600 MPa et une fraction volumique recristallisée comprise entre 3 et 97%, de préférence comprise entre 45 et 95%. la bande présente une résistance mécanique Rm comprise entre 620 et: 755 MPa et une fraction volumique recristallisée comprise entre 3 et 70%, et de préférence comprise entre 40 et 70%, la bande présente un rétreint inférieur ou égal à 4.10-3%, et de préférence inférieur ou égal à 3.10-3%, après un test à 500 C pendant 4 minutes. io Un second objet de l'invention est constitué par un procédé de fabrication d'une bande d'alliage fer-nickel selon l'invention, selon lequel on procède aux opérations successives suivantes: on approvisionne un lingot, une billette ou une brame d'alliage fer-nickel comprenant, en % en poids: 32 Co + Ni . 45 /o 0SCo 2877678 L'alliage fer-nickel qui constitue la bande selon l'invention comprend de 32 à 45% en poids de nickel, de préférence de 38 à 43% de nickel et de façon plus particulièrement préférée de 40 à 42% de nickel en combinaison avec une teneur cumulée en Cu, Co, et en Cr de moins de 1%. Le nickel peut être remplacé partiellement par du cobalt à hauteur de 6, 5% au maximum et à hauteur de 4,5% de préférence, la teneur minimale en cobalt pouvant être de 0%. La composition peut contenir jusqu'à 3% de cuivre (la teneur minimale io étant de 0 % ou des traces), afin d'améliorer la résistance à la corrosion et à l'oxydation par l'air, mais ne doit pas dépasser cette teneur pour ne pas dégrader le coefficient de dilatation thermique. La teneur en chrome de la composition peut se monter jusqu'à 6,5% en poids en ajustant la teneur en nickel, mais ne doit pas dépasser cette teneur faute de dégrader le coefficient de dilatation thermique et ne dépasse de préférence pas 5,5% en poids. L'ajout de cet élément permet notamment d'améliorer la résistance à la corrosion de l'alliage et sa résistance à l'oxydation durant les phases d'étamage et de brasure des pattes des grilles. Les teneurs en nickel, cobalt, cuivre et chrome sont choisies afin d'obtenllr un coefficient de dilatation thermique entre 20 C et toute température comprise entre 20 et 300 C, qui soit compris entre 3,5.10"6 et 6,5.10"6/K. La composition comprend également jusqu'à 0,5% de silicium et jusqu'à 0, 75% de manganèse, qui sont éventuellement introduits lors de l'élaboration afin d'assurer la désoxydation de la nuance, les teneurs minimales en ces éléments étant des traces. Le reste de la composition est constitué de fer et d'impuretés inévitables provenant de l'élaboration. L'alliage selon l'invention peut être élaboré au four électrique à arc avec une phase d'affinage suivie d'une étape de métallurgie en poche chauffante, par exemple. II peut également être élaboré au four à induction sous vide ou par tout autre procédé adapté. L'alliage est ensuite coulé sous forme d'un demi-produit tel qu'un lingot, une billette, une brame ou une électrode de refusion. Lorsque l'alliage est 6 2877678 coulé sous forme d'électrode de refusion, celle-ci est refondue soit sous vide. soit sous laitier électro-conducteur, afin d'obtenir une meilleure pureté et des demi-produits plus homogènes. Le demi-produit est, selon sa section, transformé à chaud en une ou deux opérations à une température supérieure à 950 C, et de préférence supérieure à 1050 C, mais de préférence inférieure à 1300 C pour obtenir une bande à chaud dont l'épaisseur est généralement comprise entre 2 et 6 mm, et de préférence entre 2,5 et 5 mm. Les opérations de transformation à chaud peuvent inclure un blooming et /ou un laminage à chaud, et pourront io être accompagnées, si nécessaire, de traitements thermiques d'homogénéisation entre 950 C et 1300'C, ces traitements pouvant durer de quelques minutes à plusieurs heures. A l'issue de la transformation à chaud, la bande obtenue est refroidie jusqu'à une température proche de la température ambiante. On peut obtenir une bande équivalente directement par coulée continue de bande mince, le procédé incluant alors éventuellement un laminage;à chaud en ligne. La bande refroidie est ensuite soumise à une première opération die laminage à froid pour obtenir une bande dont l'épaisseur est, par exemple, comprise entre 1 et 2 mm. Cette opération peut être effectuée en une ou plusieurs passes successives. Après cette opération de laminage à froid, la bande peut ensuite être soumise à un traitement thermique consistant en un recuit de recristallisation totale. Ce traitement peut être effectué dans un four statique pendant une durée allant de 10 minutes à plusieurs heures et à une température supérieure à 700 C ou bien encore dans un four de recuit continu pendant une durée allant de quelques secondes à 1 minute environ, à une température de préférence supérieure à 800 C dans la zone de maintien du four, et ce de préférence sous atmosphère inerte ou réductrice. A l'issue de ce traitement thermique où l'on a calé la durée sur la température de traitement, la bande est entièrement recristallisée, ce qui permet d'obtenir un alliage à nouveau ductile, en vue de l'écrouissage ultérieur. 7 2877678 On pourra également fabriquer la bande selon l'invention en ne pratiquant qu'une opération de laminage à froid, suiivie du traitement thermique final de recristallisation partielle, sans procéder au recuit de recristallisation totale quel vient d'être décrit. Si l'on procède à un recuit de recristallisation totale, on procède ensuite A l'issue de cette seconde opération, on peut soit réitérer un ou plusieurs io cycles composés d'un laminage à froid suivi d'un recuit de recristallisation totale, soit soumettre directement la bande à un traitement thermique final de recristallisation partielle, en fonction de l'épaisseur finale ciblée pour la bande d'alliage. Le traitement thermique de recristallisation partielle est, de préférence, effectué par défilement dans un four à passage, préférentiellement sous atmosphère inerte ou réductrice, à une température T comprise entre 650 et 825 C, et pendant une durée inférieure à 120 secondes, et de préférence inférieure à 20 secondes. D'une façon générale, la durée t en seconde et la température du traitement thermique T en C selon l'invention sont reliées par l'équation suivante: T = 775 -- 27 In(t) avec une précision de 15 C. A titre de comparaison, un traitement thermique de détensionnement selon l'art antérieur suit l'équation suivante: T = 700 -- 27 In(t) avec une précision de 15 C. La microstructure obtenue selon l'invention est mixte et comprend notamment des grains restaurés et des grains partiellement recristallisés. Ceci est plus particulièrement illustré par les figures annexées dans lesquelles: La figure 1 représente une microstructure, observée par MET sur lame 8 2877678 mince, d'une bande d'alliage écroui selon l'art antérieur, La figure 2 représente une microstructure, observée par MET sur lame mince, d'une bande d'alliage selon l'invention, La figure 3 représente une microstructure, observée par MET sur lame 5 mince, d'une bande d'alliage totalement recristallisée selon l'art antérieur. Si l'on considère la figure 1, on peut y voir la microstructure d'une bande écrouie, obtenue par un procédé classique se terminant par un io traitement thermique de recuit et par un laminage à froid final avec un écrouissage de 25%. On observe la présence d'une forte densité de dislocations. La fraction volumique recristallisée de cette bande est égale à 0%. La fraction volumique recristallisée Fvr peut notamment être déterminée 15 grâce à l'équation suivante: R R Fvr =100É ô m R,,, -525 avec Rm : résistance mécanique de la bande à l'état écroui, Rm: résistance mécanique de la bande après traitement de recristallisation 20 partielle. Dans le cas de la bande de la figure 1, la bande n'ayant pas subi de traitement final de recristallisation partielle, son Rm est égal à Rm et la fraction volumique recristallisée est donc nulle. La microstructure présentée en figure 2 correspond à une bande selon un mode de réalisation de l'invention, obtenue par le procédé selon l'invention se terminant par un traitement thermique final de recristallisation partielle. On observe la présence de grains restaurés (structures en cellules) entourés de grains partiellement recristallisés (structure sans dislocation). Ce mode de réalisation correspond à la qualité commerciale dite 30 dur qui présente une résistance mécanique Rm comprise entre 540 MPa et 600 MPa. Sa fraction volumique recristallisée vaut 85% et correspond à un Rm après traitement thermique de 565 MPa et, à un Rm avant traitement: thermique de 795 MPa, à +/- 10MPa. II existe également une autre qualité commerciale dite '/2 dur qui présente une résistance mécanique Rm comprise entre 620 MPa et 755 MPa et qu'on peut obtenir suivant la présente invention, notamment en réglant la fraction volumique recristallisée dans une fourchette de 3 à 70%. Sa fraction volumique recristallisée type vaut 50% et correspond à un R, après traitement thermique de 660 MPa et, à un Rm avant traitement thermique de 795 MPa, à +/- 10MPa. i0 La microstructure présentée en figure 3 correspond à une bande d'alliage selon l'art antérieur, obtenue par un procédé classique se terminant par un traitement thermique final de recristallisation totale. Sa fraction volumique recristallisée est donc égale à 100%. On notera que la microstructure d'une bande ayant subi un détensionnement thermique ne se distingue pas de celle de l'état écroui de la figure 1, sa fraction volumique recristallisée étant très voisine de 0%, et dans tous les cas bien inférieure à 3%. Exemple 1 Stabilité dimensionnelle 1.1 Test de rétreint On a fabriqué une série d'échantillons d'épaisseur 0,1 mm, à partir d'une même composition d'alliage comprenant 41% de nickel, 0,05% de cobalt, 0,15% de silicium, 0,50% de 'manganèse et 0,05% de cuivre, le complément étant du fer. Une première série d'échantillons, appelée gamme A, a été fabriquée suivant le procédé classique de l'art antérieur s'achevant par un laminage à 30 froid avec un écrouissage allant de 10 à 25%. Une deuxième série d'échantillons, appelée gamme A', a été fabriquée suivant le procédé classique de l'art antérieur s'achevant par un traitement thermique de détensionnement à une température de 650 C pendant une 2877678 durée de 6 secondes. Une troisième série d'échantillons, appelée gamme B, a été fabriquée suivant l'invention, en mettant en oeuvre un traitement thermique final de recristallisation partielle effectué par défilement dans un four à passage à des températures comprises entre 700 et 780 C pendant moins de 10 secondes. Le test de rétreint est réalisé sur des lacets de 30x200mm. Il consiste en trois phases: (a) réalisation de deux empreintes de micro-dureté distantes io approximativement de 180 mm, et mesure de l'interdistance Lo entre les deux empreintes à +/- 2pm au moyen d'un microscope optique équipé d'une platine motorisée (précision du déplacement en x, y, z 0,1 pm), (b) traitement thermique du lacet pendant 4 minutes à 500 C sous 15 argon, (c) mesure de l'interdistance L1 entre les deux empreintes après traitement, et calcul du rétreint: r = (Lo-L1)/Lo Les résultats des mesures sont rassemblés dans le tableau suivant: 20 Tableau 1 Gamme Dernière étape avant mesure du rétreint Al 10% d'écrouissage 7.10- '% A2 25% d'écrouissage 17.10-J% A'l 10% d'écrouissage + détensionnement 5.10"3% A'2 25% d'écrouissage + détensionnement 6.10"3% BI 3 secondes de recristallisation partielle à 750 C 11 2877678 1.2 Test de cintre après attaque chimique sur une face L'évolution du cintre que prend une bande mince en fonction de la s réduction de son épaisseur par attaque chimique ou autre procédé, sur une face, est une méthode usuelle de caractérisation du niveau de contraintes résiduelles présentes dans l'épaisseur des produits minces. Cette technique à été appliquée par attaque chimique mono-face dans une solution de perchlorure de fer (solution à 41,5 degrés Baumé à 48 C --Io pH = 0,8), à température ambiante. Le cintre observé a été déterminé par mesure de la flèche sur 50 mm de corde, par télémétrie laser dans la direction de laminage sur des lacets de 10 mm de large. Les résultats sont rassemblés dans le tableau 2: Tableau 2 Echantillon % Attaque Flèche sur 50 mm chimique de corde (mm) A 50% 5à10 A' 50% 2à6 B 50% La stabilité dimensionnelle des échantillons selon l'invention est donc excellente. Exemple 2 Aptitude au pliaqe 2.1 Ratio Rpo,2% / E On reprend les trois gammes d'échantillon A, A' et B tels que définis dans l'exemple 1, on mesure leur limite d'élasticité Rpo, 2% , leur module de Young E, leur résistance mécanique, et on détermine la fraction volumique recristallisée. Les résultats obtenus sont rassemblés dans le tableau 3: Tableau 3 Echantillon Qualité Rm Fvr Rpo,2% / E (MPa) (%) Al '/ dur 563 0 41.10-2 A2 '/2 dur 665 0 47.10" A'l dur 552 0 35.10"L A'2 '/2 dur 654 0 43.10-2 B1 dur 566, 85 28.10-2 B2 '/2 dur 663 49 38.10" On peut constater que la gamme B selon l'invention présente un ratio Rpo,2%%jE diminué de 20 à 30% par rapport à la gamme A et diminué de 10 à 20% par rapport à la gamme A', d'où une aptitude au pliage nettement améliorée. 2.2 Allongement total At% Les mesures de l'allongement total réalisées par traction plane sont effectuées sur des échantillons des gammes A, A' et B tels que définis dans 5 l'exemple 1. Tableau 4 Echantillon Qualité Rm Fvr At (MPa) (%) (%) Al dur 563 0 14 A2 % dur 665 0 5 A'l '/ dur 552 0 19 A'2 % dur 654 0 10 B1 1% dur 566 85 25 B2 '/2 dur 663 49 15 On constate que, pour une valeur de Rm ciblée, les échantillons selon io l'invention présentent un allongement total supérieur à l'allongement des échantillons selon l'art antérieur. REVENDICATIONS 1. Bande d'alliage fer-nickel, comprenant en % en poids: 32 Co + Ni 450/0 0 Co 6,5% 0 Cr 6,50/0 Cu 3% Si 5 0,5% Mn 0,75% le complément étant du fer et les impuretés inévitables résultant di l'élaboration, dont la microstructure présente une fraction volumiques io recristallisée comprise entre 3 et 97% et dont l'épaisseur est inférieure;à 0,5 mm. 2. Bande selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite microstructure comprend des grains en cours de recristallisation d'un 15 diamètre maximum de 20 pm, visibles au Microscope Electronique en Transmission sur lame mince. 3. Bande selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle présente une résistance mécanique Rm comprise entre 540 et 755 MPa. 4. Bande selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle présente une résistance mécanique Rm comprise entre 540 et 600 MPa et une fraction volumique recristallisée comprise entre 3 et 97%. 5. Bande selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle présente une résistance mécanique Rm comprise entre 620 et 755 MPa et une fraction volumique recristallisée comprise entre 3 et 70%. 6. Bande selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'elle présente un rétreint inférieur ou égal à 4.10"3% après un test à 500 C pendant 4 minutes. 7. Procédé de fabrication d'une bande d'alliage fer-nickel selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, selon lequel on procède aux opérations successives suivantes: on approvisionne un lingot, une billette ou une brame d'alliage fer- nickel comprenant, en % en poids: 32 Co + Ni 45 /o 0 8. Procédé de fabrication d'une bande d'alliage fer-nickel selon l'une 30 quelconque des revendications 1;à 6, selon lequel on procède aux opérations successives suivantes: - on approvisionne une bande mince d'alliage fer-nickel comprenant, en % en poids: 32Co+Ni45% 0 S Co:g 6,5% 0 5. Cr 6,5 /o Cu 3 /o Si 0,5% Mn 0,75% le complément étant du fer et les impuretés inévitables résultant de io l'élaboration, on la lamine éventuellement à chaud, puis on soumet la bande refroidie à une première opération de laminage à froid, puis on soumet éventuellement la bande laminée à froid à un traitement thermique de recuit afin d'obtenir une bande entièrement recristallisée puis à une seconde opération de laminage à froid et on répète éventuellement ces deux opérations, jusqu'à obtention de l'épaisseur ciblée, puis on soumet la bande obtenue à un traitement thermique final de recristallisation partielle afin d'obtenir une bande dont la fraction volumique recristallisée est comprise entre 3 et 97%. 9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, dans lequel le traitement thermique final de recristallisation partielle est mené à une température T comprise entre 650 et 825 C, pendant une durée t inférieure ou égale à 120 secondes. 10. Procédé selon la revendication 7 ou 8, dans lequel la température T en C du traitement thermique de recristallisation partielle et la durée t en seconde dudit traitement sont reliées par l'équation suivante: T = 775 27 ln(t) avec une précision de 15 C. 17 2877678 11. Grille support de circuit intégré pouvant être obtenue par découpe et mise en forme d'une bande d'alliage fer-nickel selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, ou obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 10.