Prédiction de la fiabilité de composants élecroniques de type WL-CSP soumis à des sollicitations mécaniques

par Cédric Le Coq

Thèse de doctorat en Génie mécanique et systèmes

Sous la direction de Abdellah Tougui.

Soutenue le 07-07-2010

à Tours , dans le cadre de Ecole doctorale Santé, sciences, technologies (Tours) , en partenariat avec SST/EA 2640 - Laboratoire de Mécanique et Rhéologie (équipe de recherche) et de Université François Rabelais (Tours). Ecole polytechnique universitaire (laboratoire) .

Le président du jury était Marc Lethiecq.

Le jury était composé de Narayanaswami Ranganathan, Marie Pascale Stempin.

Les rapporteurs étaient Gilbert Henaff, Helene Fremont.


  • Résumé

    L’étude présentée s’inscrit dans le cadre général de l’amélioration de la fiabilité mécanique des composants électroniques. Les composants de type WL-CSP (Wafer-Level Chip-Scale Package : boîtier aux dimensions comparables à celles de la puce) sont couramment utilisés dans les appareils nomades (par exemple les téléphones) et assurent de nombreuses fonctions. La tenue dans le temps de ces appareils passe par l’allongement de la durée de vie de leurs éléments. Ce sujet est une problématique complexe car la structure des composants peut varier selon les technologies employées et nécessite des essais spécifiques, qui consomment beaucoup de temps et de ressources.Un modèle numérique est développé afin d’accélérer le développement des boîtiers de ces composants et d’optimiser les ressources disponibles. Des essais de fiabilité sont menés sur le test de chute et un banc d’essai de flexion est mis en place. Les résultats de ces essais permettent de valider la simulation numérique et de mettre au point un modèle de fatigue.D’autre part, une campagne de caractérisation des matériaux permet de déterminer les propriétés mécaniques de la structure étudiée. La caractérisation concerne notamment les couches minces pour lesquelles les propriétés mécaniques sont fortement dépendantes de leurs conditions de dépôts.Ces éléments sont incorporés dans un modèle numérique incluant un certain nombre d’hypothèses. Le modèle est confronté à l’expérience pour déterminer les constantes d’un modèle de fatigue. Ensuite, la simulation et le modèle de fatigue sont utilisés conjointement pour évaluer l’influence de paramètres géométriques et matériaux sur la fiabilité des composants de type WL-CSP.

  • Titre traduit

    Reliability study of electronic wafer-level chip-scale packaged components subjected to mechanical loadings


  • Résumé

    The work described in this report is related to the mechanical improvement of electronicdevices mechanical reliability. WL-CSP (Wafer-Level Chip-Scale Package) components are widely used in handheld devices and run many functions. The longevity increase of such adevice necessarily requires progresses in its components reliability. This subject is complexas the component structure can vary depending on the employed technologies. So, it requires time and ressources.A numerical model is developed to enhance the packages development as well as available resources. Reliability tests are performed on the drop-test bench and a bend-testbench is designed. These tests provide results to validate the numerical results and to establish a fatigue model.Aside from these tests, the component materials are characterized to determine the studied structure properties. It specifically concerns the thin layers for which mechanical properties strongly depends on the deposition process. All of this is incorporated in a numerical model which includes hypotheses. The model is compared with the experiments to determine fatigue model constants. Then, modeling and experiments are used together to evaluate material and geometrical parameters influence.


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