Synthèse des résultats et contributions des travaux

Les résultats obtenus lors de cette thèse ont été de plusieurs ordres –tant sur le plan théorique que sur le plan expérimental :

 _{Le premier objectif de cette thèse était de valider l’hypothèse principale du projet de} recherche, à savoir, que les alliages SAC sont bien sensibles à la fragilisation au Ga liquide – connu pour fragiliser à la fois le Sn, l’Ag et le Cu individuellement. Des essais mécaniques et des analyses microstructurales ont permis de relever d’importantes dégradations des brasures SAC exposées au Ga liquide (réduction de leur résistance mécanique et modifications importantes de leur microstructure interne), et principalement induites par la diffusion à la fois intergranulaire et transgranulaire du Ga liquide dans la brasure. L’évolution de la microstructure des brasures à différents degrés de fragilisation a permis d’établir un nouveau modèle de FML : le modèle d'Évolution de la Recristallisation Induite par Diffusion (Diffusion Induce Recrystallization Evolution : DIRE). Ce modèle rend compte du caractère cyclique de la fragilisation de l’alliage SAC au fur et à mesure de la progression du Ga liquide dans son volume : recristallisation, fissuration et désintégration jusqu’à dissolution complète de la brasure; les paramètres comme la température, le temps d’exposition et la quantité de Ga liquide pouvant influencer le degré de sévérité de la fragilisation.

 Le deuxième objectif de cette thèse était de quantitativement évaluer la fragilisation (la diffusion du Ga dans ce cas précis) des brasures SAC en fonction du temps et de la température d’exposition. Les résultats obtenus ont permis d’établir l’équation de diffusion du Ga liquide dans l’alliage SAC – obéissant à la relation d’Arrhenius, les énergies d’activation obtenues étant en accord avec les mécanismes de fragilisation observés. De plus, il a été observé que le Ga semble créer une nouvelle phase intermétallique Ag2Ga3 avec

les atomes d’Ag présents dans l’eutectique SAC. Toutefois, cette phase ne semble pas jouer un rôle significatif ni dans les mécanismes de fragilisation ni dans la diffusivité du Ga liquide.

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 Finalement, le dernier objectif était d’utiliser les compréhensions théoriques établies afin d’appliquer la fragilisation par Ga liquide à une matrice de brasures d’interconnexions Flip- Chip. Le conditionnement du Ga liquide sous la forme de micro gouttelettes dispersées dans un liquide (émulsions) a démontré son efficacité pour maximiser l’action capillaire du Ga liquide dans la gap d’une puce Flip-Chip (pour qu’il puisse rentrer en contact avec la totalité des brasures simultanément), avoir un meilleur contrôle de la quantité de Ga utilisée, mais aussi minimiser les résidus du Ga liquide sur le substrat après l’exposition. Suite à l’optimisation de la qualité (stabilité et granulométrie) des émulsions créées, la sonication est la méthode préférentielle (comparée à la microfluidique) qui a permis de générer des gouttelettes de Ga liquide de tailles suffisamment petites (< 10 μm) pour la hauteur des gaps d’interconnexions à pas fins. Le développement d’une méthodologie d’exposition de la matrice de brasures a permis de pouvoir garantir l’adhérence du Ga liquide sur la surface des brasures afin d’initier la fragilisation homogènement sur la totalité des brasures; notamment grâce à l’utilisation d’un solvant (IPA) comme phase continue (évaporation après infiltration dans le gap), cumulée à une action chimique supplémentaire (infiltration du HCl dilué) pour supprimer la couche d’oxyde des gouttelettes de Ga. Cette méthode optimisée a permis d’effectuer avec succès le retrait d’une puce Flip-Chip suite à la fragilisation de la quasi-totalité de ses brasures (quelques minutes <100° C).

En résumé, les contributions novatrices apportées par cette thèse ont été bénéfiques autant pour la compréhension des mécanismes de fragilisation de métaux solides, que pour l’établissement d’une preuve de principe démontrant le potentiel d’une utilisation bénéfique de la FML dans le domaine de l’encapsulation microélectronique. En effet, en plus du fait que ce projet soit la première étude menée sur la fragilisation d’alliages de brasures à base d’étain, il fait partie des rares travaux de la FML qui ont étudié (quantitativement et qualitativement) les mécanismes de transports atomiques lors de la fragilisation du métal solide (MS). Les données empiriques relevées dans la littérature rendent le plus souvent compte de cas de FML où la fragilisation est induite par création et propagation de fissures dans le MS, ce travail met en avant un cas de FML où la diffusion atomique joue un rôle principal dans l’origine de la fragilisation, ce qui contribuera à une meilleure connaissance de la diversité et complexité de ce phénomène. Cette thèse a également permis de complémenter les rares données quantitatives qui existent de la FML, par l’établissement de l’équation de diffusion du Ga liquide dans la brasure SAC305. La dépendance exponentielle de la diffusion de Ga liquide à la température – et donc de la dégradation des brasures qui en résulte – permettra non seulement de faire une prédiction plus fidèle de la durée réelle de l’étape de retrait de la puce, mais aussi suggère qu'un processus de reprise de puce basé sur la FML peut être établi dans des conditions (temps et température) favorables pour un procédé industriel. Finalement, les travaux réalisés dans cette thèse ont non seulement permis d’avoir une meilleure compréhension des propriétés particulières du Ga liquide, mais aussi de les exploiter afin de développer pour la première fois – avec succès – une méthode de retrait de puce Flip-Chip grâce à l’utilisation d’émulsions à base de Ga liquide pour la fragilisation de ses brasures d’interconnexions.