Mise au point de nouvelles techniques de diagnostic fiabilité et de qualification pour les composants électroniques dédiés à l'environnement automobile haute température

Development of new techniques of reliability diagnosis and qualification for electronic components dedicated to an automotive high temperature environmentzeng

• Auteur / Autrice : Manoubi Auguste Bahi
• Direction : Jean-Pierre Landesman, Hélène Fremont
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microélectronique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Nantes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'intégration du matériau au système (Talence, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : École polytechnique de l'Université de Nantes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fiabilité

Mots clés libres

Intermétallique Au-Al

Combinaison d’essais environnementaux

Automatisation du diagnostic fiabilité

Résumé

L’évolution du système d’assurance fiabilité pour les composants électroniques destinés à l’industrie automobile implique la création de nouvelles approches pour l’évaluation de la fiabilité des composants à haute température. Dans cette perspective nous avons développé des nouvelles techniques de diagnostic fiabilité et de qualification à haute température au niveau « Packaging » des composants électroniques. Ceci a consisté dans un premier temps en l’identification du mécanisme de dégradation prépondérant : la rupture des interconnexions à travers les trous Kirkendall conséquence de la croissance de l’épaisseur de l’intermétallique Au-Al. Ensuite on s’est attaché à l’étude de l’influence de la géométrie des boîtiers sur la tenue en vieillissement en stockage à haute température, qui s’est avéré être le paramètre technologique le plus influent. Cette étude a été menée sur plusieurs familles de boîtiers (SOIC et TQFP). Afin d’étendre le domaine de qualification à haute température (150°C grade 0) aux boîtiers de grande taille et de prolonger la période de sureté de fonctionnement, une amélioration a été apportée au processus d’assemblage. On a évalué l’ajout d’impuretés tel le Pd ou le Cu au câblage filaire en or qui a permis d’obtenir une meilleure fiabilité des interconnexions Au- Al. Nous avons également démontré l’apport de la combinaison des essais environnementaux pour la qualification des composants électroniques au niveau « Packaging » et proposé deux ensembles d’essais séquentiels. Les méthodes de diagnostic mises en oeuvre au cours de ces travaux ont conduit à la réalisation de procédures pour l’évaluation de la fiabilité et pour l’analyse des défaillances. Enfin nous avons développé et mis en place deux nouvelles méthodes de mesures des dégradations « packaging » : la première permet le suivi de l’évolution de la délamination et la seconde mesure in-situ la variation de la résistance de chacune des interconnexions Au-Al, au fur et à mesure du vieillissement

The evolution of reliability insurance systems for electronic components in the automotive industry involves the creation of new approaches in order to evaluate component reliability at high temperature. In this context, we developed new techniques of reliability diagnosis and qualification at high temperature for electronic components at the “Packaging” level. We firstly identified the major failure mechanisms related to the Kirkendall voids, a consequence of the intermetallic thickness growth Au-Al causing the interconnection failure. Secondly, we studied the influence of package geometry on ball bond robustness in high temperature storage, which was proved to be the most important technological parameter. This study allowed us to evaluate the reliability of many kinds of packages (SOIC and TQFP). To extend the qualification domain at high temperature (150°C grade 0) for large package sizes and to prolong the safe operation period, we evaluated the improvement provided by the addition of Pd or Cu as alloying elements to Au bonding wires. This improvement allows insuring a better Au-Al interconnection reliability. In addition, we demonstrated the contribution of combined environmental stresses to the electronic components qualification at the “packaging’’ level and proposed two optimized package sequential tests. The diagnostic methods implemented during this research led to the creation of procedures for the evaluation of reliability and for failure analysis. Finally, we developed and implemented two new measurement methods of "packaging" degradation: the first allows us to follow the delamination evolution and the second to measure the resistance variations of each Au-Al interconnection while aging in-situ.