Discipline Sciences de l'ingénieur par Cédric Chaminade

De
Publié par

Niveau: Supérieur

  • mémoire


Discipline : Sciences de l'ingénieur par Cédric Chaminade Physique et technologie du brasage tendre par faisceau laser Soutenue publiquement le 29 novembre 2006 Directeur de Thèse: M. Eric Fogarassy, Directeur de recherche, Strasbourg Rapporteur interne : M. Daniel Mathiot, Professeur, Strasbourg Rapporteur externe : M. Eric Millon, Professeur, Orléans Rapporteur externe : M. Eric Audouard, Professeur, St Etienne Examinateur : M. Nacer Aït-Mani, Ingénieur, CEA-LETI, Grenoble Examinateur : M. Nicolas Winkler, Directeur technique, Radiel-Fondam, Dijon Invité : M. Didier Boisselier, Responsable technique, IREPA LASER, Strasbourg Membres du jury Thèse présentée pour obtenir le grade de Docteur de l'Université Louis Pasteur Strabourg I

  • orléans rapporteur externe

  • science de l'ingénieur

  • centre national de la recherche scientifique

  • applications industrielles du laser de puissance

  • irepa laser

  • ingénieur au cea leti


Publié le : mercredi 1 novembre 2006
Lecture(s) : 146
Source : scd-theses.u-strasbg.fr
Nombre de pages : 190
Voir plus Voir moins

Thèse présentée pour obtenir le grade de
Docteur de l’Université Louis Pasteur
Strabourg I

Discipline : Sciences de l’ingénieur
par Cédric Chaminade
Physique et technologie
du brasage tendre par
faisceau laser
Soutenue publiquement le 29 novembre 2006
Membres du jury
Directeur de Thèse: M. Eric Fogarassy, Directeur de recherche, Strasbourg
Rapporteur interne : M. Daniel Mathiot, Professeur, Strasbourg
Rapporteur externe : M. Eric Millon, Professeur, Orléans
Rapporteur externe : M. Eric Audouard, Professeur, St Etienne
Examinateur : M. Nacer Aït-Mani, Ingénieur, CEA-LETI, Grenoble
Examinateur : M. Nicolas Winkler, Directeur technique, Radiel-Fondam, Dijon
Invité : M. Didier Boisselier, Responsable technique, IREPA LASER, Strasbourg 2 3
4
REMERCIEMENTS


Les travaux présentés dans ce mémoire ont été réalisés d’une part au sein de l’Institut
d’Electronique du Solide et des Systèmes (InESS), laboratoire commun de l’Université Louis
Pasteur (ULP) et du Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), et d’autre part au
sein du Centre Régional d’Innovation et de Transfert de Technologies (CRITT) spécialisé
dans applications industrielles du laser de puissance : l’IREPA LASER.

Je tiens à remercier toutes les personnes qui, de prêt ou de loin, ont rendu possible
l’aboutissement de ces travaux de recherche et la réalisation de ce mémoire de thèse. Voilà
un bel iceberg sur lequel je tente ici de porter un éclairage approprié… mais forcément
tronqué. J’exprime donc mes remerciements à :

M. Eric Fogarassy, aujourd’hui directeur de l’ENSPS, pour avoir accepté d’être mon
directeur de thèse, et pour la confiance qu’il m’a témoignée tout au long de ce projet.

M. Didier Boisselier, Responsable technique de l’IREPA LASER, pour m’avoir suivi et
considérablement aidé. Sa connaissance des procédés laser et sa capacité à transmettre ce
savoir m’ont permis de mener à bien les développements du procédé innovant de brasage
tendre par faisceau laser.

Mes remerciements vont également aux membres du jury qui ont accepté d’évaluer mon
travail de thèse :

Merci à M. Daniel Mathiot, directeur du laboratoire InESS, de m’avoir accueilli au sein de
son laboratoire, d’avoir été l’un des rapporteurs du manuscrit et enfin d’avoir accepté de
présider le jury de cette thèse. Merci à MM. les professeurs Eric Million de l’université
d’Orléans et Eric Audouard de l’université de St Etienne d’avoir accepté d’être rapporteur de
ce travail. Leurs remarques et suggestions m’ont permis d’apporter des améliorations au
manuscrit.
Merci à M. Nicolas Winkler, directeur technique de Radiel Fondam, et M. Nacer Aït-Mani,
Ingénieur au CEA LETI pour avoir accepté d’examiner mon mémoire et pour avoir fait parti
de mon jury de thèse. J’ai grandement apprécié leurs compétences, leur intérêt très prononcé
pour « faire avancer le sujet », et leur immense sympathie.
5
Bien sûr, un grand merci à l’ensemble des Irepasiens que j’ai eu à côtoyer au cours de ces
années de recherche. En particulier à Frédéric Mermet, percussionniste de l’IREPA LASER,
avec qui j’ai pu partager les galères, les inepties mais aussi les réussites et les rires – Surtout
les rires ; et Simon Sankare, d’abord condisciple et aujourd’hui PhD-aspirant, eu égard à son
sens aigu du sérieux et de la dérision, ainsi qu’à son incommensurable générosité.

Un clin d’œil à Pascaline Touraine, miss CLP, pour avoir gardé sa porte ouverte et m’avoir
toujours supporté, alors qu’une pause se faisait sentir…

Merci au personnel du laboratoire de l’InESS :
M. le professeur Jean-Paul Stoquert pour m’avoir initié à l’outil d’analyse par RBS.
M. le professeur Paul Montgomery pour les mesures au microscope à sonde optique de faible
cohérence.
M. Jean-Marie Koebel, Mme. Marianne Amann-Liess, et M. Florent Dietrich pour leur
accueil, leur aide et leur sympathie.

Merci à M. Jacques Faerber, de l’IPCMS, pour ses compétences en matière de Microscopie
Electronique à Balayage et ses précieux conseils en matière de préparation d’échantillon.

Merci aux nombreux partenaires qui ont pris part aux projets européens, et auxquels j’ai pu
m’adresser pour obtenir de nombreux et précieux renseignements, voire même partager des
journées d’expérimentations. Outre Nacer Aït-Mani et Nicolas Winkler (également membres
de mon jury), il y a notamment : Roland Tacken et Eric Veninga (TNO), Pascal Penneau
(CAPA Electronic), Henrik Andersen (PINOL A/S) et Wolfgang Hornig (BPE International).

Aussi, en dehors de tout contexte scientifique, et cependant essentiel à l’aboutissement de ce
travail de recherche, j’adresse un big up à mes amis «Strasbourgeois», généralement liés de
près ou de loin au microcosme « basket-ball ». Ils m’ont permis de décompresser, transpirer,
progresser ( ?)…Mais surtout de partager, par l’intermédiaire du sport, de superbes
aventures et de créer des liens très forts. Forcément, la liste est non exhaustive… Big up à
Olivier « Riddick », Boris « Leeroy », Philippe « T-Mac », « Faz », Rodolphe… Clairounette,
Manu, July, Marianne, Maya… pour rester concis.

Last but not least… Un grand MERCI à toute ma famille, pour m’avoir soutenu et aidé.
Mention super spéciale à mes parents et mon frère. ☺
6GLOSSAIRE DES ACRONYMES

Al-MMC Composite à Matrice Métallique d’Aluminium
ANSI American National Standard Institute
AOI Automatic Optical Inspection
BEI-COMPO Backscattered Electron Image
BGA Ball Grid Array
CAO Conception Assistée par Ordinateur
CMS Composant Monté en Surface
CNRS Centre National de la Recherche Scientifique
COG Chip-on-Glass
COV Composé Organique Volatil
CPM Coherence Probe Microscopy
CRAFT Cooperative Research Action For Technology
EDX Energy Dispersive X-ray
EOD Elément d’Optique Diffractif
FR4 Flame Retardant 4
FR5 Flame Retardant 5
HASL Hot Air Solder Levelling
HPDL High Power Diode Laser
IA Indice d’Acide
IMC Inter-Metallic Compound
InESS Institut d’Electronique du Solide et des Systèmes
IPC Institute for Printed Circuits (Organisme américain faisant référence pour la
normalisation en électronique)
IR Infrarouge
IREPA LASER Institut de Recherche Et des Procédés d’Application du LASER
LASER Light Amplification of Stimulated Emission of Radiation
LEI Lower Secondary Electron Image
MEB Microscope Electronique à Balayage
7Nd:YAG Neodym Yttrium Aluminium Garnet (elements du laser solide Nd:YAG)
OSP Organic Soldering Protective
PCB Printed Circuit Board
PI Polyimide
QFP Quad Flat Package
RBS Rutherford Back Scattering
RNV Résidu Non Volatil
RoHS Restriction Of use of certain Hazardous Substances
SC Surface mount Capacitor – Condensateur monté en surface
SM xx Surface Mount xx – xx désignant les dimensions du composant monté en
surface. Par exemple, Le SM1208 est un composant de longueur 12 pouces
et de largeur 8 pouces.
SMT Surface Mount Technology
SOIC Small Outline Integrated Circuit
SOT Small Outline Transistor
SR Surface mount Resistance – Résistance montée en surface
TAL Time Above Liquidus
TEM Transverse Electro-Magnétique
TH Through Hole
TLD Thalès Laser Diode
ULP Université Louis Pasteur
UV Ultraviolet
ZAT Zone Affectée Thermiquement
8
SOMMAIRE


Introduction ...........................................................................................13
Chapitre 1: Contexte et etat de l’art.......................................................15
1 Introduction............................................................................................................................... 17
2 Principe d’un procédé de brasage tendre.............................................................................. 19
2.1 Introduction.......................................................................................................................... 19
2.2 Notion de mouillage des métaux liquides lors d’un procédé de brasage............................ 19
2.3 Dissolution du métal de base dans le métal liquide ............................................................ 20
2.4 Solidification du métal d’apport liquide................................................................................ 22
2.5 Conclusion........................................................................................................................... 24
3 Le brasage tendre dans l’industrie électronique .................................................................. 25
3.1 Introduction.......................................................................................................................... 25
3.2 Contexte industriel et environnemental............................................................................... 25
3.3 Les principales techniques de brasage tendre.................................................................... 26
3.3.1 Introduction................................................................................................................... 26
3.3.2 Brasage manuel au fer ou à la thermod....................................................................... 27
3.3.3 Brasage à la vague ...................................................................................................... 27
3.3.4 Brasage en phase vapeur ............................................................................................ 28
3.3.5 Brasage infrarouge....................................................................................................... 29
3.3.6 Brasage par convection forcée d’air chaud.................................................................. 30
3.3.7 Conclusion.................................................................................................................... 31
3.4 Matériaux d’apport (crèmes à braser) ................................................................................. 31
3.4.1 Partie métallique........................................................................................................... 32
3.4.2 Partie organique........................................................................................................... 32
3.4.3 Mise en œuvre (sérigraphie)........................................................................................ 34
3.5 Préparation du circuit électronique...................................................................................... 35
3.5.1 Le substrat du circuit électronique ............................................................................... 35
3.5.2 Traitements de surface ................................................................................................ 36
3.6 Fiabilité, normes et moyens de contrôle des brasures........................................................ 37
3.7 Conclusion........................................................................................................................... 38
4 Conclusion ................................................................................................................................ 39
5 Références ................................................................................................................................ 40 Chapitre 2: Etudes expérimentales .......................................................43
6 Préambule ................................................................................................................................. 45
6.1 Les débuts ........................................................................................................................... 45
6.2 Utilisation du laser Nd:YAG................................................................................................. 45
6.3 Lasers continus ou à impulsion ? ........................................................................................ 46
6.4 Les lasers à diodes.............................................................................................................. 46
6.5 Les lasers ultraviolets et visibles......................................................................................... 47
6.6 D’un point de vue microstructural........................................................................................ 47
6.7 La conjoncture actuelle ....................................................................................................... 48
6.8 Les perspectives.................................................................................................................. 49
6.9 Conclusion........................................................................................................................... 49
7 Introduction............................................................................................................................... 51
8 Les sources laser ..................................................................................................................... 52
9 Procédé de brasage de matériaux dissemblables par faisceau laser................................. 53
9.1 Introduction.......................................................................................................................... 53
9.2 Détails du procédé de brasage laser................................................................................... 53
9.3 Choix et préparation des matériaux .................................................................................... 56
9.4 Réalisation d’assemblages céramique-métal...................................................................... 57
9.5 Analyse métallurgique d’un assemblage céramique-composite......................................... 58
9.5.1 Introduction................................................................................................................... 58
9.5.2 Résultats et discussions............................................................................................... 59
9.5.3 Conclusion.................................................................................................................... 64
9.6 Etude mécanique des assemblages céramique-métal ....................................................... 64
9.6.1 Introduction................................................................................................................... 64
9.6.2 Analyse du faciès de rupture........................................................................................ 66
9.6.3 Conclusion.................................................................................................................... 73
9.7 Réalisation d’un prototype................................................................................................... 74
9.7.1 Introduction................................................................................................................... 74
9.7.2 Description du procédé d’assemblage......................................................................... 75
9.7.3 Evaluation et résultats.................................................................................................. 76
9.8 Conclusion........................................................................................................................... 77
10 Procédé de brasage par interaction directe du faisceau sur la crème à braser............. 79
10.1 Introduction ...................................................................................................................... 79
10.2 Evaluation de la compatibilité d’une crème avec un procédé de brasage laser ............. 80
10.2.1 Développement de la procédure expérimentale .......................................................... 80
10.2.2 Interaction laser avec une crème à braser................................................................... 83
10.2.3 Ajustement des paramètres laser au comportement d’une crème à braser................ 86
10.2.4 Conclusion.................................................................................................................... 91
10.3 Réalisation de prototypes pour évaluation ...................................................................... 92
10

Soyez le premier à déposer un commentaire !

17/1000 caractères maximum.

Diffusez cette publication

Vous aimerez aussi