Adhérence d'une interface structurée polymère / silicium pour l'encapsulation par transfert de film : caractérisation expérimentale et modélisation

Study of adhesion and decohesion of thin films for MEMS' encapsulation

• Auteur / Autrice : Coraly Cuminatto
• Direction : Muriel Braccini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 13/12/2012
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Sciences et Ingénieurie des Matériaux et des Procédés
• Jury : Président / Présidente : Christophe Derail
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Muriel Braccini, Rafael Estevez, Fabien Parrain, Guillaume Parry, Patrick Mc garry
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Etienne Barthel, Dominique Leguillon

Mots clés

Mots clés libres

Interface structurée

Adhérence

Adhérence

Patterned interface

Adhesion

Fracture energy

Résumé

En microélectronique, certains dispositifs (MEMS) nécessitent une couche de protection appelée encapsulation pour assurer un fonctionnement optimal. Ce procédé met en jeu une couche structurée de polymère BCB (benzocyclobutène). Celle-ci est en contact avec unsubstrat de silicium d’un côté et une couche de nickel de l’autre. Une compréhension du comportement de ces interfaces et primordiale. L’objectif de cette thèse est la caractérisation de l’énergie d’adhérence des interfaces discontinues Ni/BCB et BCB/Si. Deux essaismécaniques (test de flexion 4-points et insertion de lame) ont été mis en œuvre. Les modèles analytiques mis au point dans le cas d’une interface continue ont servi à l’exploitation de ces essais mais ont aussi montré leur limite. La structuration de l’interface induit des effets géométriques et des effets d’échelle qui ne sont pas bien pris en compte par les modèles classiques. Pour pallier à cette difficulté, un modèle analytique modifié est proposé pour le test d’insertion de lame, ainsi que des calculs de simulation numérique. Ils mettent en avant l’influence des paramètres de la structuration : taille des motifs, espacement.

In microelectronics, some devices (MEMS) need to be encapsulated by a protective layer for optimal performances. This technique involves a patterned layer made of BCB polymer (benzocyclobutene). This layer is between a nickel film and a silicon substrate. A good understanding of those two interfaces is of first importance. The aim of this thesis is the mechanical characterization of the fracture energy of the Ni/BCB and BCB/Si patterned interfaces. Two mechanical tests (the 4-points bending test and the wedge test) have been selected in that purpose. Analytical models are well established to analyze those tests but for continuous interfaces. With patterned ones, those models are limited and do not take into account all the size effects and the geometrical effects induced by the patterning. A modified analytical model is proposed for the wedge test in order to overcome these limitations. Numerical studies are also carried out to complement the study. Patterning effects such as the size of the patterns and the space between them are enhanced.