L'application d'une pression statique élevée (par exemple, 10 MPa) pendant le brasage par phase liquide transitoire (TLP) est le principal moteur de la densification du joint. Elle agit comme un compensateur mécanique pour les réactions chimiques se produisant à l'intérieur du joint, forçant directement les phases en cours de solidification à se rapprocher pour éliminer les vides internes qui se forment naturellement pendant le processus.
Constat essentiel La formation de composés intermétalliques crée un retrait de volume important, qui conduit naturellement à la porosité. La pression externe ne sert pas seulement à maintenir les pièces ensemble ; c'est un paramètre de processus critique requis pour effondrer ces vides et forcer les phases générées à s'interconnecter pour former une microstructure continue et dense.
La mécanique du changement microstructural
Contrecarrer le retrait chimique
La réaction entre l'étain liquide (Sn) et les poudres métalliques solides n'est pas neutre en volume. Au fur et à mesure que les éléments liquides et solides réagissent pour former des composés intermétalliques (CIM), le volume total du matériau diminue.
Pour les joints Sn-Ag-Co, ce retrait de volume est important. La formation de la phase CoSn2 entraîne une réduction de 14,9 % du volume. De même, la phase Ni3Sn4 entraîne une réduction de 11,3 %.
Éliminer la porosité interne
Sans intervention extérieure, ce retrait chimique laisse de l'espace vide. Ces espaces se manifestent sous forme de vides internes, qui affaiblissent le joint.
Une presse de laboratoire applique une pression statique continue pour compenser mécaniquement cette perte de volume. Elle comprime activement le joint au fur et à mesure que la réaction progresse, empêchant le retrait de se traduire par une porosité permanente.
Améliorer la continuité des phases
La pression influence l'arrangement de la microstructure, pas seulement sa densité. La force externe pousse les phases générées — spécifiquement (Co,Ni)Sn2 et Ni3Sn4 — en contact direct les unes avec les autres.
Ce contact forcé favorise la continuité microstructurale. Au lieu d'amas isolés de CIM séparés par des vides, la pression assure l'interconnexion des phases, créant un pont solide et cohérent entre les surfaces de brasage.
Les conséquences d'une pression insuffisante
Le risque de joints discontinus
Il est important de reconnaître que la pression est une exigence, pas une option, pour ces systèmes d'alliages spécifiques. Étant donné que les taux de retrait sont élevés (jusqu'à environ 15 %), les méthodes de brasage passives échoueront probablement à produire un joint sain.
Si la pression statique est trop faible ou retirée trop tôt, la perte de volume entraînera inévitablement la formation de vides. La microstructure résultante sera poreuse et discontinue, compromettant considérablement la fiabilité mécanique du joint.
Optimiser votre processus de brasage TLP
Pour obtenir un joint Sn-Ag-Co de haute qualité, vous devez considérer la pression comme une variable dynamique qui gère les changements chimiques.
- Si votre objectif principal est la densité du joint : Maintenez une pression continue (par exemple, 10 MPa) spécifiquement pour contrer le retrait de volume de 14,9 % associé à la formation de CoSn2.
- Si votre objectif principal est l'intégrité microstructurale : Assurez-vous que la pression est appliquée pendant toute la période de réaction pour forcer les phases (Co,Ni)Sn2 et Ni3Sn4 à s'interconnecter plutôt que de former des îlots isolés.
En utilisant une pression statique élevée pour compenser le retrait de volume naturel, vous transformez une zone de réaction poreuse en un joint dense, interconnecté et mécaniquement robuste.
Tableau récapitulatif :
| Mécanisme | Impact sur la microstructure | Métrique/Résultat clé |
|---|---|---|
| Compensation du retrait chimique | Contrecare la perte de volume due à la formation de CoSn2 et Ni3Sn4 | -14,9 % vol. pour CoSn2 ; -11,3 % pour Ni3Sn4 |
| Élimination des vides | Effondre mécaniquement la porosité interne pendant la solidification | Joints denses et à haute fiabilité |
| Interconnexion des phases | Force les phases (Co,Ni)Sn2 et Ni3Sn4 à entrer en contact direct | Pont CIM continu et cohérent |
| Intégrité mécanique | Prévient la formation d'amas CIM isolés | Joint robuste avec une fiabilité améliorée |
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Références
- Byungwoo Kim, Yoonchul Sohn. Transient Liquid Phase Bonding with Sn-Ag-Co Composite Solder for High-Temperature Applications. DOI: 10.3390/electronics13112173
Cet article est également basé sur des informations techniques de Kintek Press Base de Connaissances .
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