Etude et caractérisation d'une nouvelle connectique adaptée à l'intégration tridimensionnelle pour l'électronique de puissance

Study and characterization of a novel interconnection compatible with three-dimensional integration in power electronics

• Auteur / Autrice : Van Hai Nguyen
• Direction : Philippe Castelan, Zoubir Khatir
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électronique de puissance

Connecteurs électriques

Mots clés libres

Packaging 3D

Intégration de puissance

Interconnexion

Fiabilité des assemblages

Nano fils

Electrodeposition et membrane poreuse

Résumé

L'intégration tridimensionnelle est une voie prometteuse permettant d'améliorer simultanément des performances électriques (réduction des inductances et résistances parasites) et performances thermiques (refroidissement double face) des modules de puissance. Nous proposons d'un assemblage à base d'enchevêtrement de nano fils de cuivre. Le principe réside en une structure constituée de deux surfaces métalliques sur lesquelles sont électro-déposées des nano-poteaux de cuivre en utilisant des membranes de nano filtration en alumine. Un assemblage se réalise par compression à froid jusqu'à interpénétration et enchevêtrement des nano-poteaux créant ainsi une liaison électrique, thermique et mécanique. Dans le cadre de cette thèse, l'étude, dans une première phase, a porté sur l'amélioration d'un procédé de fabrication des assemblages nano scratch pré-existant. La mise en œuvre de la technologie et l'application à des composants de puissance sont ensuite présentés. La connexion a alors été caractérisée d'un point de vue mécanique, électrique et thermo-mécanique. Les résultats de ces caractérisations ont été utilisés pour optimiser les conditions de dépôt dans une démarche itérative. Enfin, nous avons démontré la faisabilité des dépôts des nano poteaux sur la face avant des composants de puissance. Cela permet d'imaginer une nouvelle structure packaging 3D compacte. Il est ainsi possible d'envisager une simplification des technologies de type contact pressé.

Three-dimensional integration is a promising issue which allows improving simultaneously electrical performances (reduction of inductance stray and parasitic resistances) and thermal management (double sides' cooling) of power electronic modules. We propose a hybrid assembly method based on entanglement of copper nano wires. Its principle resides in the structure composed of two metallic surfaces on which nano copper wires are electroplated by template method using alumina membranes. Electro-thermo-mechanical interconnection is then achieved by pressing both surfaces together, thus leading to the permeation and the entanglement of the nano-wires. The study focuses, firstly, on improvement of making process of nano scratch assemblies. The implementation of process and its application on power components are presented. The connection is then characterized in mechanical, electrical, thermo-mechanical points of view. The results of these characterizations were used to optimize electrodeposition condition in an iterative approach. Finally, we demonstrated the feasibility of electrodeposition on the front side of power components. This allows imagining a new compact packaging 3D structure. It is, thus, possible to consider a simplification of pressured contact technology.