Fiabilité des composants enfouis dans les circuits imprimés

par Mickael Balmont

Thèse de doctorat en Electronique

Sous la direction de Yves Ousten et de Isabelle Bord-Majek.

Soutenue le 14-11-2019

à Bordeaux , dans le cadre de Sciences Physiques et de l'Ingénieur , en partenariat avec Laboratoire de l'intégration du matériau au système (Talence, Gironde) (laboratoire) .

Le président du jury était Claude Pellet.

Le jury était composé de Yves Ousten, Isabelle Bord-Majek, Claude Pellet, Samuel Gomes, Roland Fortunier, Amandine Masson.

Les rapporteurs étaient Samuel Gomes, Roland Fortunier.


  • Résumé

    Le désir de miniaturisation des circuits électroniques a mené l’électronique à développer de nouvelles méthodes d’assemblage. Les progrès réalisés passent par la complexification des fonctions, le développement de nouvelles interconnexions liant le circuit au composant ou par les choix d’architecture, une optimisation du volume. Après avoir repoussé les limites d’optimisation avec les assemblages en trois dimensions, la technologie s’est tournée vers un volume présent dans toutes les cartes électroniques mais qui ne joue aucun rôle actif dans celui-ci : le support des fonctions, le PCB. La solution apportée est l’enfouissement de composant dans ce volume. Les premiers bénéfices de cette solution apparaissent rapidement : gain de volume et protection des composants, c’est pourquoi elle se développe rapidement dans l’industrie.Partant de ce postulat, Valeo souhaite adapter cette technologie pour réduire la taille d’une caméra de recul dédiée à l’automobile. Les exigences du domaine automobile étant plus strictes que dans d’autres industries, l’investigation plus poussée de la technologie d’enfouissement est nécessaire. L’objectif est de valider la fiabilité et la robustesse du circuit selon une méthode de fabrication. Ainsi, l’IMS de Bordeaux intègre le projet EDDEMA pour apporter une expertise, via des simulations thermomécaniques par éléments finis, sur la conception du circuit.Dans le cadre de cette thèse et pour répondre aux attentes du projet, deux axes d’études sont suivis. Une méthodologie généraliste est proposée pour parvenir à définir les interconnexions jugées les plus fragiles dans le cadre de l’emploi de la technologie d’enfouissement et justifier l’utilisation des simulations par éléments finis selon les exigences attendues. L’objectif est de déterminer la durée de vie d’une interconnexion liant le composant au circuit en fonction de sa nature (brasure, via,…) et des caractéristiques du composant et du circuit (dimensions, hauteur,…) et valider les choix technologiques tels que les matériaux ou les techniques faits dès la fabrication. Cette étude s’inscrit dans une recherche locale autour du composant. La seconde étude se recentre sur le circuit développé dans le cadre du projet. Il sera étudié l’impact de la position des composants actifs enfouis dans le PCB sur le circuit (déformation, contraintes) et la représentation des composants passifs dans cette structure pour définir, selon les considérations thermomécaniques, les limites de positionnement dans la conception du circuit. Affiner le modèle passera par des mesures réalisées sur les premiers prototypes pour corroborer les simulations réalisées.Tout ceci mène à déterminer les avantages sur la technologie d’enfouissement et le gain apporté en terme de fiabilité et de robustesse du circuit et des composants et valider son utilisation dans le secteur automobile.

  • Titre traduit

    Reliability of  embedded components into Printed Circuit Boards


  • Résumé

    The desire for miniaturization of electronic circuits led the electronics to develop new methods of assembly. Progress is made through the complexification of functions, the development of new interconnections linking the circuit to the component or by the choice of architecture, an optimization of the volume. After pushing the limits of optimization with the three-dimensional assemblies, the technology turned to a volume present in all the electronic cards but which plays no active part in this one: the support of the functions, the PCB. The solution provided is to embed component in this volume. The first benefits of this solution appear quickly: volume gain and protection of components, which is why it is developing rapidly in the industry.Based on this premise, Valeo wants to adapt this technology to reduce the size of a rearview camera dedicated to the automobile. As automotive requirements are stricter than in other industries, further investigation of embedded technology is required. The objective is to validate the reliability and robustness of the circuit according to a manufacturing method. Thus, the IMS Bordeaux integrates the EDDEMA project to provide expertise, via finite element thermomechanical simulations, on the design of the circuit.As part of this thesis and to meet the expectations of the project, two studies are investigated. A general methodology is proposed to define the interconnections considered the most fragile in the context of the use of embedded technology and justify the use of finite element simulations according to the expected requirements. The objective is to determine the lifetime of an interconnection linking the component to the circuit according to its nature (solder, via, ...) and the characteristics of the component and the circuit (dimensions, height, ...) and validate the choices. such as materials or techniques made from the time of manufacture. This study is part of a local search around the component. The second study focuses on the circuit developed in the project. The impact of the position of the active components embedded in the PCB on the circuit (deformation, constraints) and the representation of the passive components in this structure will be studied to define, according to the thermomechanical considerations, the positioning limits in the circuit design. . To refine the model will pass by measurements realized on the first prototypes to corroborate the realized simulations.All this leads to determining the advantages on the embedded technology and the gain in terms of reliability and robustness of the circuit and components and validating its use in the automotive sector.


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