Contribution à l'amélioration des propriétés thermiques d'assemblages cuivre/nitrure d'aluminium polycristallin destinés à l'électronique de puissance

• Auteur / Autrice : Thierry Baffie
• Direction : Nicolas Eustathopoulos
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Grenoble INPG

Mots clés

Mots clés libres

Sciences et techniques

Electronique

Electronique puissance

Interface solide solide

Comportement thermique

Brasage fort

Transfert chaleur

Contact thermique

Aluminium nitrure

Alliage base cuivre

Dysprosium alliage

Alliage binaire

Aln

Al n

Alliage dycu

Dy cu

Résumé

Nous etudions l'assemblage par brasage du cuivre ofhc et du nitrure d'aluminium fritte aln au moyen d'un alliage cuivre-dysprosium (dy) contenant 2,23%at. De dysprosium, element choisi pour sa forte affinite avec l'azote. Le but recherche est l'obtention de joints cu/aln ayant un fort pouvoir de transfert thermique entre les deux materiaux. La surface du nitrure d'aluminium avant brasage est caracterisee par spectroscopie de masse des ions secondaires en temps de vol (tof-sims). Ces analyses montrent que l'aln est oxyde sur plusieurs dizaines de nanometres, la couche de surface pouvant etre assimilee a l'oxynitrure alo xn y. L'attaque par une solution aqueuse d'acide fluorhydrique hf permet de reduire cette couche a moins de 10 nm. Le brasage est realise sous vide grace a une procedure experimentale specifique concue pour minimiser l'oxydation de l'alliage et de aln. Apres brasage (1050\c sous vide pendant 30 minutes), les interfaces cu-dy 2,23%at. /aln sont caracterisees par une double approche a l'echelle micronique (microscopie electronique a balayage) et nanometrique (microscopie electronique en transmission). Nous montrons que l'alliage cu-dy etablit, a sa fusion, une interface reelle a l'echelle atomique avec aln. Le bon mouillage est attribue aux fortes interactions entre dy et n de l'aln. Au cours du temps, une couche submicronique de dy 2o 3, caracterisee par diffraction x et spectrometrie de pertes d'energie electronique, se forme par diffusion vers l'interface du dy de l'alliage et de l'oxygene de aln. Par des mesures thermiques flash developpees pour cette etude, nous montrons qu'un joint cu/cu-dy 2,23%at. /aln presente un coefficient d'echange thermique neuf fois plus eleve que celui d'un joint cu/ticusil/aln, le ticusil etant une brasure standard. Le coefficient d'echange obtenu demontre un tres bon contact thermique entre le joint de brasure et l'aln.