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Optimisation de l'assemblage des connecteurs métalliques en cuivre

Mourier, Alban (2016). Optimisation de l'assemblage des connecteurs métalliques en cuivre. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Dans cette étude, les propriétés microstructurales et mécaniques des joints cuivre-argent-cuivre ont été étudiées. Les basses températures associées au frittage des nanoparticules d'argent génèrent une opportunité intéressante pour le développement d’un procédé de jonction de production et de réparation lorsque l’utilisation de températures élevées est proscrite. Les performances des joints produits par cette méthode innovante de frittage ont été comparées à celles obtenues par l’utilisation de la technique de brasage classique.

Pour la méthode de frittage, un produit de nanoparticules d'argent a été sélectionné et placé entre deux conducteurs en cuivre, serré, puis chauffé à la température de frittage dans un dispositif de chauffage conçu pour ce projet. L'influence de la température, de la pression, du temps, de la longueur de recouvrement et de l'atmosphère de frittage sur le développement de la microstructure et les propriétés mécaniques a été étudiée. Pour la méthode de brasage, un alliage de cuivre-argent-phosphore (BCuP-5) sous la forme d'un ruban a été placé entre deux brins de cuivre, serré, puis chauffé à la température de brasage à l'aide d’une torche. L'influence de l'épaisseur du joint, de la pression et la distance de recouvrement sur la microstructure et les propriétés mécaniques ont été étudiées pour cette méthode de référence.

Les essais de brasage ont permis de montrer une résistance mécanique élevée pour des épaisseurs de joints supérieures à 150 μm. Aussi, les essais relatifs à la longueur du joint montrent que seul un recouvrement inférieur à une fois l’épaisseur du brin entraine une rupture dans le joint. Les essais de frittage ont montré l’impact positif de l’augmentation du temps, de la température et de la pression de frittage sur la résistance mécanique des joints. Cependant les essais relatifs à l’atmosphère de frittage ont permis de révéler le rôle antagoniste de l’oxygène permettant à la fois la dégradation des composés organiques mais entrainant l’oxydation du joint. Dans cette étude, la résistance des joints frittés s’est avérée être jusqu’à 75% de la valeur du joint de référence brasé.

Titre traduit

Optimization of the copper connection assembly method

Résumé traduit

In this study, microstructural and mechanical properties of copper-silver-copper joints were investigated. The low temperature associated with the sintering of silver nanoparticles generates an interesting opportunity for the development of production and repair methods when high temperatures should be avoided. The performances of the lap-joints produced by a new sintering technique were compared to those of a well-established brazing technique.

For the sintering method, a silver nanoparticle product was chosen and sandwiched between two copper base metals, strongly clamped, and then heated up to the sintering temperature in a heating fixture designed for this project. The pressure was maintained during the process to maximize the contact surface between the base metal and the nanoparticles, while the assembly was kept at the sintering temperature in order to promote the solid-state diffusion and densification of the joint. The influence of temperature, pressure, time, overlap distance, and sintering atmosphere on microstructure development and mechanical properties was studied. For the brazing method, a copper-silver-phosphorus filler alloy (BCuP-5) in the form of foil was sandwiched between two copper base metals, slightly clamped, and then heated up to the brazing temperature using an acetylene torch. The influence of joint thickness and overlap distance on microstructure and mechanical properties were studied for this benchmark method.

Brazing tests result in high mechanical strength for joint thicknesses greater than 150 μm. Also, tests relating to the overlap distance show that only a distance smaller than the copper bar thickness will lead to a failure in the joint. Sintering tests have shown the positive impact of the increase in the time, temperature, and sintering pressure on the mechanical strength of the joints. However, tests varying the sintering atmosphere revealed the detrimental role of oxygen, causing not only the desired degradation of organic components, but also leading to the oxidation of the joint. In this study, the mechanical strength of the sintered joints were 75% of that of the brazed joints.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Rapport de mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie mécanique". Bibliographie : pages 101-103.
Mots-clés libres: Conducteurs électriques. Assemblages (Technologie) Frittage (Métallurgie) Cuivre Propriétés mécaniques. Cuivre Microstructure. Nanoparticules. Argent. Joints brasés. Générateurs électriques Entretien et réparations. brasage.
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Demers, Vincent
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 14 déc. 2016 15:34
Dernière modification: 14 déc. 2016 15:34
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1766

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