Contribution à l'étude, la mise en oeuvre et à l'évaluation d'une solution de report de puce de puissance par procédé de frittage de pâte d'argent à haute pression et basse température

Contribution to the study, the processing and the evaluation of a power semiconductor device attachment solution : silver sintering technology at high pressure and low temperature

• Auteur / Autrice : François Le Henaff
• Direction : Eric Woirgard, Stéphane Azzopardi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance le 29/01/2014
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'intégration du matériau au système (Talence, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement d'accueil : Université Bordeaux-I (1971-2013)
• Jury : Président / Présidente : Zoubir Khatir
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : S Bontemps, Xavier Milhet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bruno Allard, Mauro Ciappa

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments finis, Méthode des

Argent -- Alliages

Frittage (métallurgie)

Électronique de puissance

Mots clés libres

Assemblages de puissanc

Fiabilité

Packaging

Frittage de pâte d’argent

Techniques d’assemblages sans plomb

RoHS

Modélisations par éléments finis

Évaluation de la durée de vie

Power module

Reliability

Packaging

Silver paste sintering technology

Lead - free die - attach technology

RoHS

FEM analysis

Lifetime evaluation

Résumé

Ces travaux s’intègrent dans la recherche de solutions alternatives aux alliages de brasure pour les assemblages de puissance. De par les propriétés intrinsèques de l’argent et les premiers travaux publiés, le frittage de pâte d’argent a été sélectionné comme technique d’assemblage pour être étudiée et évaluée. Après avoir effectué un état de l’art sur la structure d’un module de puissance, sur les différentes techniques d’assemblage, la fiabilité des assemblages et le frittage, différents essais ont été menés en partenariat avec les projets FIDEA et ASPEEC. Ils nous ont permis de définir des procédés d’assemblages, de caractériser thermiquement et mécaniquement les assemblages frittés et d’évaluer la fiabilité de ces assemblages par des essais expérimentaux et des simulations numériques. Ces travaux nous ont permis au final de réaliser un prototype d’assemblage double face fonctionnel aux propriétés thermomécaniques supérieures à celles d’un assemblage brasé.

This work is part of the research for lead-free die-attach solutions for power modules to offer a solution to the European directive RoHS, which banishes lead in electrical and electronic equipments. The intrinsic silver properties and the previous work published helped us choose silver sintering as the die-attach technology to be tested and evaluated in our work. After a state of the art on power module structure, on different die-attach technologies and on power module reliability, various works have been carried out in collaboration with the FIDEA and ASPEEC projects. Through experimental tests and finite element modeling analysis (FEM), die-attach processes have been defined, thermal and mechanical characterizations and reliability assessment of silver sintered power modules have been done. Finally, a silver sintered rectifier bridge double side assembly with higher thermomechanical properties than a lead-solder die-attach assembly was developed as final prototype.