Des chercheurs de l’Institut national américain des normes et de la technologie (NIST), de l’Université de Californie à San Diego (UCSD) et d’autres institutions ont publié une étude consacrée à la prédiction de l’évolution du durcissement d’un époxyde fortement chargé et de sa capacité à résister à la dégradation thermique lorsqu’il est utilisé dans le packaging avancé des semi-conducteurs.
Ces matériaux sont appelés underfill et sont utilisés dans des applications telles que les interconnexions fines et la technologie flip-chip. Leur fonction consiste à renforcer la robustesse mécanique, à redistribuer les contraintes thermomécaniques et à améliorer la fiabilité des joints de soudure. Toutefois, leurs performances ne dépendent pas uniquement de leur composition : elles sont également influencées par le degré d’achèvement du durcissement pendant le traitement et par leur stabilité thermique durant la période de fonctionnement.
Qu’ont mesuré les chercheurs ?
L’équipe s’est appuyée sur la calorimétrie différentielle à balayage (DSC) et l’analyse thermogravimétrique (TGA), ainsi que sur un modèle cinétique intégrant l’effet de la diffusion. L’analyse a montré que l’énergie d’activation apparente évolue avec la progression de la réaction et augmente fortement aux taux de conversion élevés. Cela indique que le durcissement ne constitue pas une étape unique, mais qu’il implique un comportement en plusieurs phases influencé par le contrôle diffusionnel.
Pour tenir compte de cette caractéristique, les chercheurs ont utilisé une version modifiée du modèle Kamal–Sourour en deux étapes, avec l’intégration de l’effet de la diffusion dans la deuxième phase. Selon le résumé publié, le modèle a amélioré la capacité à prédire le degré de conversion après l’atteinte de l’état vitreux et a également été utilisé pour simuler le durcissement suivant un programme de traitement thermique dans un four.
Qu’est-ce qui change concrètement ?
Les résultats indiquent que la conception du programme de traitement thermique peut s’appuyer sur un modèle quantitatif suivant les dernières phases du durcissement, plutôt que de se limiter à une durée ou à une température fixe. Selon l’étude, le programme de traitement prédit a permis d’atteindre un degré de durcissement quasi complet. Cela fournit aux ingénieurs un moyen d’évaluer si le matériau a achevé la transformation souhaitée avant le passage aux étapes de production ou d’essai.
Les chercheurs ont également testé l’effet du broyage cryogénique (cryomilling) sur les mesures TGA et ont constaté qu’il améliorait la reproductibilité des résultats sans provoquer de changements chimiques détectables. L’étude a aussi porté sur l’estimation de la durée de vie thermique selon les protocoles ASTM E1641/E1877, en utilisant comme critère une perte de masse de 5 % dans un environnement azoté. Les résultats ont montré une forte dépendance de l’estimation à la température.
Pourquoi cette information est-elle importante ?
L’étude fournit un cadre permettant de relier le comportement du matériau pendant le durcissement à l’évaluation de sa fiabilité thermique, ce qui est important dans le packaging avancé, où les interconnexions fines et la multiplicité des matériaux influencent la capacité du boîtier à supporter les cycles de fonctionnement. Toutefois, les résultats ne constituent pas une validation industrielle générale d’un matériau ou d’un procédé particulier : ils reposent sur un époxyde fortement chargé et sur des conditions de mesure spécifiques, tandis que les estimations de résistance thermique sont fondées sur la perte de masse dans l’azote. La manière dont ces estimations se transposent aux conditions réelles de fonctionnement et aux différents matériaux commerciaux reste donc une question nécessitant des vérifications supplémentaires.
L’article est intitulé « Predicting Cure Evolution and Thermal Endurance of a Highly Filled Epoxy Underfill for Advanced Packaging » et a été publié dans le Journal of Polymer Science en 2026, avec le DOI : 10.1002/pola.70283. La source indique que la nouvelle a été publiée le 11 septembre 2026, tandis qu’elle précise que l’article remonte à août 2026.