Thèse soutenue

Caractérisation thermomécanique, modélisation et optimisation fiabiliste des packages électroniques

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Auteur / Autrice : Omar Bendaou
Direction : Abdelkhalak El HamiMohamed Agouzoul
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique
Date : Soutenance le 07/11/2017
Etablissement(s) : Normandie en cotutelle avec École Mohammadia d'ingénieurs (Rabat, Maroc)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (Saint-Etienne-du-Rouvray ; 1985-....)
Laboratoire : Laboratoire de mécanique de Normandie (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1993-....)
Jury : Président / Présidente : Mohammed Rhachi
Examinateurs / Examinatrices : Abdelkhalak El Hami, Mohamed Agouzoul, Pierre Richard Dahoo, Saad Choukri, Az-Eddine Azim
Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Richard Dahoo, Saad Choukri, Abel Cherouat

Résumé

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Lors du fonctionnement des packages électroniques, ceux ci sont exposés à diverses sollicitations d'ordres thermiques et mécaniques. De même, la combinaison de ces sources de contraintes constitue l'origine de la quasi majorité des défaillances des packages électroniques. Pour s'assurer de la bonne résistance des packages électroniques, les fabricants pratiquent des tests de fiabilité et des analyses de défaillance avant toute commercialisation. Toutefois, les essais expérimentaux, lors de la phase de conception et de l'élaboration des prototypes, s'avèrent contraignants en termes de temps et de ressources matérielles. En revanche, la simulation numérique à l'aide de la méthode des éléments finis constitue une option alternative en termes de temps et de ressources. Les objectifs dévolus aux travaux de recherche visent à élaborer quatre modèles éléments finis en 3D, validés/calibrés par des essais expérimentaux, intégrant les recommandations JEDEC (1) en vue de : - Procéder à la caractérisation thermique et thermomécanique des packages électroniques ; - Et prédire la durée de vie en fatigue thermique des joints de brasures et ce, en lieu et place de la caractérisation expérimentale normalisée. Or, la mise en œuvre des modèles éléments finis présente certains inconvénients liés aux incertitudes au niveau de la géométrie, des propriétés matériaux, les conditions aux limites ou les charges. Ceux ci ont une influence sur le comportement thermique et thermomécanique des systèmes électroniques. D'où la nécessité de formuler le problème en termes probabilistes et ce, dans le but de mener une étude de fiabilité et d’optimisation des packages électroniques. Pour remédier au temps de calcul énorme généré par les méthodes d’analyse de fiabilité classiques, nous avons développé des méthodologies spécifiques à cette problématique, via des méthodes d’approximation basées sur le krigeage avancé,qui nous ont permis de bâtir un modèle de substitution, qui rallie efficacité et précision. Par conséquent, une analyse de fiabilité a été menée avec exactitude et dans un temps extrêmement court, via les méthodes de simulation Monte Carlo et FORM/SORM, couplées avec le modèle de krigeage avancé. Ensuite, l’analyse de fiabilité a été associée dans le processus d’optimisation, en vue d’améliorer la performance et la fiabilité de la conception structurelle des packages électroniques. A la fin, nous avons procédé à l’applicabilité des dites méthodologies d’analyse de fiabilité aux quatre modèles éléments finis ainsi développés. Il résulte que les analyses de fiabilité menées se sont avérées très utiles pour prédire les effets des incertitudes liées aux propriétés matériaux. De même, l’analyse d’optimisation de fiabilité ainsi réalisée nous a permis d’améliorer la performance et la fiabilité de la conception structurelle des packages électroniques. (1) JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council) est un organisme de normalisation des semi-conducteurs.