Modélisation et simulation multi-physiques pour la fiabilisation des composants électroniques

Multi-physical modeling and simulation for the reliability of electronic components

• Auteur / Autrice : Ayda Halouani
• Direction : Abel Cherouat, Mohamed Haddar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : : Matériaux, Mécanique, Optique, Nanotechnologie
• Date : Soutenance le 25/09/2020
• Etablissement(s) : Troyes en cotutelle avec Université de Sfax (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Delaunay / ICD
• Jury : Président / Présidente : Fakher Chaari
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohamed Haddar, Fakher Chaari, Abdelkhalek El Hami, Rachid Nasri, Tarak Ben Zineb, Mariem Miladi Chaabane
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Abdelkhalek El Hami, Rachid Nasri

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fatigue

Incertitude

Fiabilité

Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)

Soudures

Modèles mathématiques

Composants électroniques

Mots clés libres

Composants électroniques

Modélisation multi-physiques

Soudures

Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)

Fiabilité

Incertitude

Fatigue

Electronic apparatus and appliances

Multi-physical modelling

Welded joints

Continuum damage mechanics

Reliability (engineering)

Uncertainty

Fatigue

Résumé

Ce travail de thèse porte sur l’évaluation de la fatigue thermomécanique des composants électroniques (BGA et LQFP) et l’étude de fiabilité de ces systèmes en tenant en compte des incertitudes des paramètres matériaux. La première partie de ce mémoire présente les résultats majeurs sur les mécanismes de défaillance du composant d électroniques, utilisés dans l’industrie, lorsqu’ils sont soumis à des variations cycliques de température. Les défaillances de ces composants électroniques est analysé numériquement et nous a permis d’appréhender les dégradations qui peuvent apparaître pour dans les composants électroniques.La deuxième partie a été consacrée à la simulation par éléments finis (COMSOL Multiphysics) du modèle de fatigue thermomécanique afin de d’analyser le comportement de joint de soudure et étudier leur sensibilité aux cycles thermique et d’expliquer précisément les mécanismes à l’origine de l’endommagement de ces interfaces. Ainsi, des essais normatifs de fatigue thermique sont effectués suivis des observations microscopiques dans le but d’évaluer la durée de vie des composants LQFP et valider le modèle thermomécanique proposé. La dernière partie de ce mémoire est consacrée à déterminer la fiabilité des composants électroniques en tenant compte des incertitudes. La technique de référence de Monte Carlo et la technique de chaos polynomiaux sont analysées en termes de précision, capacité de calcul et limites.

This thesis work focuses on the evaluation of thermomechanical fatigue of electronic components (BGA and LQFP) and the reliability study with uncertainties material parameters of components. First, the state the art of the major results on the failure mechanisms of the electronic components, used in industry, when subjected to cyclical temperature variations is presented. The failures of these electronic components are analyzed numerically and allowed us to apprehend the degradations of the electronic components. The second part was devoted to finite element simulation (COMSOL Multiphysics) the thermomechanical fatigue model in order to analyses the weld joint behaviour and to study their sensitivity to thermal cycles and to understand precisely the mechanisms that cause the damage to these interfaces. As a result, normative thermal fatigue tests are performed followed by microscopic observations to assess the lifetime of the LQFP components and validate the proposed thermomechanical model. The last part is devoted to determining the reliability of electronic components taking into account uncertainties. The Monte Carlo reference technique and the polynomial chaos technique are used to analyses in terms of precision, time calculation and limits.