Fiabilité des assemblages de puissance

par Charlotte Robert

Thèse de doctorat en Mécanique des matériaux

Sous la direction de Sylvie Pommier et de Stéphane Lefebvre.

Le président du jury était Gilbert Hénaff.

Le jury était composé de Gilbert Hénaff, Véronique Aubin, Marion Risbet-Voitot, Cyril Buttay, Yoann Guilhem.

Les rapporteurs étaient Gilbert Hénaff, Véronique Aubin.


  • Résumé

    La fiabilité des composants électroniques, surtout dans les technologies de pointe, prend de l’ampleur. Cela est notamment motivé par la réduction de volume demandée dans des structures fortement sollicitées et dont la durée de vie exigée peut atteindre plusieurs dizaines d’années. Nous considérons, ici, un substrat électronique. Il sert de support à un circuit d’électronique de puissance. Dans un tel circuit, les composants, comme les puces, s’échauffent. Cette augmentation de température au niveau de la puce se reporte sur le substrat. Il subira d’autre part des variations de températures environnementales, telles que le cycle jour/nuit dans les satellites ou imposée par l’ambiance comme dans un puits de forage. Le substrat utilisé est composé de plusieurs couches de céramique et de pistes de conduction en métal entre et à travers ses couches. Lorsque ces différents matériaux se dilatent, cela induit des concentrations et gradients de contraintes. Ces variations étant sur des grandes durées, elles peuvent mener le substrat à rupture par fatigue. Dans le cadre de cette étude, l’objectif est de comprendre les mécanismes de défaillances qui peuvent mener à rupture et les moyens de les éviter. Nous cherchons à déterminer des règles de conception simples permettant d’éviter ces défaillances, comme la taille et la distance entre les différentes pistes traversant la céramique. C’est grâce à l’application de la mécanique de la rupture sur le substrat et en fonction de l’utilisation décrite précédemment, que nous évaluerons les défaillances critiques. La modélisation mécanique du substrat dégagera ainsi des règles de dimensionnement permettant d’éviter ces défaillances.

  • Titre traduit

    Reliability of a power substrate


  • Résumé

    The reliability of electronic compound, especially in advanced technologies, is becoming very important. This is motivated by the volume reduction asked in highly loaded structures. Moreover, its required lifetime can be about decades. Here, we have an electronic substrate. A power electronic circuit lays on it. In such circuit, compounds like chip are heating up. This rising of temperature from the chip propagates on the substrate. Furthermore others environmental amplitudes of temperature will be imposed like the day/night cycle for satellites or the rock temperature in well bores. The substrate is composed of several ceramic layers with metal conducting tracks inside and in between. When theses materials dilate it induces stress concentrations and gradients. Since theses changes are occuring on important durations, they cans lead the substrate to a fatigue failure. The point of this study is to understand the failure mechanisms leading to break and the means to avoid them. Then we seek to determine simple conception rules such as the size and the gap between different tracks going through the ceramic. Thanks to the use of the fracture mechanics on the substrate and according to the previously described use, we will evaluate the critical failures. Thus, the mechanical modelling of the substrate will generate some rules for the dimensions.


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