Au cours des différentes opérations de brasage, nous avons remarqué qu’il était possible de braser une seconde fois les couches minces d’argent poreux réalisées entre 2 plaques de verre. Le verre étant est un oxyde qui crée très peu de liaisons avec l’argent et le matériau présent après décomposition d’oxalate peut-être récupéré sous forme de film (Figure 101).
Figure 101. Aspect de la préforme: film d'oxalate d'argent partiellement ou entièrement décomposé.
Cette observation peut être mise à profit pour réaliser des préformes de brasure, ce qui aurait un avantage significatif pour sa mise en œuvre. L’utilisation de préformes permettrait un gain de temps conséquent en les préparant à l’avance pour tous les échantillons brasés. Le fait de pouvoir s’affranchir de l’étape de dispense de la suspension de brasure ainsi que de l’étape de séchage, particulièrement contraignantes, serait un avantage et rendrait le procédé similaire au procédé de brasage pour l’or-étain.
Dans un premier temps, trois préformes réalisées entre plaques de verre ont été utilisées pour braser des échantillons d’alumine dorée de dimensions 4 par 4 mm2
. Tous les échantillons ont résisté à un test en cisaillement avec une force équivalente à 5 kg.
Nous avons vu dans la partie 3.1 que la réaction de décomposition de l’oxalate se terminait autour de 200°C et qu’au-delà de cette température, seul le frittage des particules entrait en jeu. Comme il n’est pas utile de chercher à favoriser le frittage tant que l’échantillon n’a pas été assemblé, nous avons essayé de réaliser des préformes à des températures beaucoup plus basses : 150 °C et 200 °C. Les échantillons obtenus semblent cohérents et résistent aux manipulations. La microstructure des préformes a été observée par MEB (Figure 102 et Figure 103).
Figure 102. Microstructure de la préforme fabriquée à une température maximale de 150°C.
Figure 103. Microstructure de la préforme fabriquée à une température maximale de 200°C.
On n’observe pas de différence importante entre les préformes réalisées à 150°C et à 200°C en ce qui concerne la taille des particules. Cependant, dans la préforme à 150°C il reste quelques
décomposition lors du prochain cycle de brasage en apportant l’énergie thermique dégagée par la décomposition au frittage du réseau d’argent déjà formé. Cet apport d’énergie présente un avantage supplémentaire pour la réalisation de préformes à basse température.
L’utilisation de préformes mériterait des expérimentations plus détailles et avec un nombre d’échantillons plus significatifs. Puisqu’il n’est pas nécessaire de décomposer l’oxalate entièrement pour fabriquer la préforme, il serait intéressant de comprendre l’influence de la température de fabrication et de déterminer jusqu’à quelle limite (ou quel compromis) celle-ci peut être réduite pour avoir la meilleur accroche mécanique de la brasure.
D’autre part, les préformes utilisées ici étant majoritairement composées d’argent métallique, il serait intéressant d’étudier le phénomène responsable de l’adhésion de l’argent aux couches de métallisation des substrats. On peut supposer qu’il s’agit d’un phénomène de thermocompression entre l’or et l’argent, efficace, même malgré la très faible pression mécanique utilisée.
Enfin, des mesures de conductivité thermique doivent être réalisées sur les échantillons brasés à l’aide de préformes pour comparer leurs performances avec celles obtenues pour les échantillons fabriqués par dépôt de suspension d’oxalates.
4.7.2 Utilisation d’une atmosphère réductrice
L’étude bibliographique a montré que la réaction de décomposition thermique de l’oxalate d’argent était favorisée en présence de composés réducteurs [94]. Cette affirmation a pu être mise à profit en travaillant sous atmosphère légèrement réductrice lors de l’opération de brasage. En pratique, l’atmosphère inerte utilisée lors du brasage a été remplacée par une atmosphère contenant 3 % de dihydrogène. Deux assemblages d’alumine dorée de dimension 4 par 4 mm2 ont été réalisés de cette manière, ainsi que 4 échantillons sur plaques de verre, destinés aux mesures de résistivité électrique. La résistance au cisaillement des échantillons d’alumine a été mesurée de la même manière que pour les échantillons du Tableau 14. Les échantillons brasés en présence d’hydrogène ont des résistances en cisaillement particulièrement élevées. Les masses nécessaires au cisaillement dépassent en effet 15 kg (30,9 kg et 15,4 kg). Ces observations mettent clairement en évidence un effet favorable de l’atmosphère hydrogénée sur l’accroche mécanique de la brasure et peuvent s’expliquer par une meilleure compaction du réseau d’argent au cours de l’opération de brasage. La Figure 104 montre en effet que la brasure réalisée en présence de dihydrogène semble avoir un taux de vide beaucoup moins important, et des grains plus gros, que celle réalisée sous atmosphère inerte. Des estimations précises sont difficiles à effectuer en raison du mode d’observation de la brasure (sur la tranche des échantillons).
Figure 104. Comparaison de la microstructure de la brasure réalisée sous azote (a) et sous un mélange azote- hydrogène 3 % (b).
Des mesures de résistance électrique de ligne gravée dans les échantillons ont permis de remonter à des conductivités thermiques entre 62 et 70 W/m.K (à comparer aux mesures du Tableau 21, comprises entre 29 W/m.K et 58 W/m.K). Ces valeurs sont supérieures à toutes celles mesurées pour les autres échantillons et démontrent une fois de plus l’intérêt d’une atmosphère hydrogénée. Comme vu dans la bibliographie [94], l’hydrogène, en tant que donneur d’électrons, permet d’accélérer la réaction de décomposition (l’hypothèse a été avancée que l’étape limitante de la décomposition est l’addition d’un électron à l’ion d’argent pour former un atome métallique) et de former un matériau plus compact, sans augmenter la température. La compacité du matériau obtenu influence directement celle de brasure et l’utilisation de dihydrogène en tant qu’additif est une piste particulièrement intéressante pour améliorer les propriétés thermiques du matériau.