Modélisation de l’évolution de la microstructure d’alliage SAC sous contraintes thermiques, thermomécaniques et électriques

Modelling the SAC microstructure evolution under thermal, thermo-mechanical and electronical constraints

• Auteur / Autrice : Lutz Meinshausen
• Direction : Hélène Fremont, Ernst Gockenbach
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 25/03/2014
• Etablissement(s) : Bordeaux en cotutelle avec Universität Hannover
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire bordelais de recherche en informatique
• Jury : Président / Présidente : Geneviève Duchamp
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ernst Gockenbach, Olivier Bonaud, James E. Morris
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Bonaud, James E. Morris

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Électrodiffusion

Fiabilité

Contacts électriques

Joints brasés

Mots clés libres

Fiabilité

Thermomigration

Electromigration

Formation d'intermétalliques

Modélisation

Brasure sans plomb

Reliability

Thermomigration

Electromigration

Transient Liquid Phase Soldering (TLPS)

Intermetallic Compound (IMC) formation

Modeling

Lead free solder

Résumé

L'assemblage tridimensionnel des circuits microélectroniques et leur utilisation dansdes conditions environnementales extrêmement sévères nécessitent ledéveloppement d’alternatives plus robustes pour les contacts électriques. Unetechnique prometteuse est la transformation des contacts de brasure conventionnelleen composés intermétalliques (IMC). Ce processus est appelé « Transient LiquidPhase Soldering » (TLPS).Dans ce contexte, des tests accélérés permettant la formation d’IMC parélectromigration et thermomigration ont été effectués sur des structures « Packageon Package ». L'objectif principal est le développement d'un modèle généralpermettant de décrire la formation des IMC dans les joints de brasure. Combiné avecune analyse par éléments finis ce modèle pourra être utilisé pour prédire la formationdes IMC dans les joints de brasure pour des structures et des profils de missiondifférents. Le modèle de formation des IMC pourra être utilisé pour optimiser unprocessus TLPS.

A further miniaturization of microelectronic components by three dimensionalpackaging, as well as the use of microelectronic devices under harsh environmentconditions, requires the development of more robust alternatives to the existing Snbased solder joints. One promising technique is the diffusion and migration driventransformation of conventional solder bumps into intermetallic compound (IMC)connections. The related process is called transient liquid phase soldering (TLPS).Against this background an investigation of the IMC formation under consideration ofelectromigration and thermomigration was performed. For the stress tests Packageon Package structures are used. The final result is a general model for the IMCformation in solder joints. Combined with a Finite Element Analysis (FEA) this modelis used to predict the IMC formation in solder joints for a broad range of boundaryconditions. In future the model of the IMC formation can be used to optimize a TLPSprocess.