Modelling the SAC microstructure evolution under thermal, thermo-mechanical and electronical constraints

par Lutz Meinshausen

Thèse de doctorat en Electronique

Sous la direction de Hélène Fremont et de Ernst Gockenbach.

Le président du jury était Geneviève Duchamp.

Le jury était composé de Ernst Gockenbach, Olivier Bonaud, James E. Morris.

Les rapporteurs étaient Olivier Bonaud, James E. Morris.

  • Titre traduit

    Modélisation de l’évolution de la microstructure d’alliage SAC sous contraintes thermiques, thermomécaniques et électriques


  • Résumé

    L'assemblage tridimensionnel des circuits microélectroniques et leur utilisation dansdes conditions environnementales extrêmement sévères nécessitent ledéveloppement d’alternatives plus robustes pour les contacts électriques. Unetechnique prometteuse est la transformation des contacts de brasure conventionnelleen composés intermétalliques (IMC). Ce processus est appelé « Transient LiquidPhase Soldering » (TLPS).Dans ce contexte, des tests accélérés permettant la formation d’IMC parélectromigration et thermomigration ont été effectués sur des structures « Packageon Package ». L'objectif principal est le développement d'un modèle généralpermettant de décrire la formation des IMC dans les joints de brasure. Combiné avecune analyse par éléments finis ce modèle pourra être utilisé pour prédire la formationdes IMC dans les joints de brasure pour des structures et des profils de missiondifférents. Le modèle de formation des IMC pourra être utilisé pour optimiser unprocessus TLPS.


  • Résumé

    A further miniaturization of microelectronic components by three dimensionalpackaging, as well as the use of microelectronic devices under harsh environmentconditions, requires the development of more robust alternatives to the existing Snbased solder joints. One promising technique is the diffusion and migration driventransformation of conventional solder bumps into intermetallic compound (IMC)connections. The related process is called transient liquid phase soldering (TLPS).Against this background an investigation of the IMC formation under consideration ofelectromigration and thermomigration was performed. For the stress tests Packageon Package structures are used. The final result is a general model for the IMCformation in solder joints. Combined with a Finite Element Analysis (FEA) this modelis used to predict the IMC formation in solder joints for a broad range of boundaryconditions. In future the model of the IMC formation can be used to optimize a TLPSprocess.


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