Contribution à l'étude d'assemblages électroniques sur circuits imprimés à haute densité d'intégration comportant un nombre de couches important et des condensateurs enterrés

Jérôme Puil

Description

Sous la direction de Eric Woirgard
Thèse soutenue le 27 novembre 2008: Bordeaux 1
Cette thèse, qui s’intègre dans le cadre du projet européen EMCOMIT, a pour objectif de contribuer à l’étude des circuits imprimés haute densité d’intégration comportant un nombre de couches important et des composants enterrés. La qualification de cette technologie est effectuée en conduisant des simulations et des mesures électriques sur des véhicules de tests spécifiques. L’analyse des résultats électriques permet d’évaluer l’aptitude de ces matériaux à répondre aux exigences des applications de télécommunication et de technologie de l’information rapide. La fiabilité d’un assemblage de BGA de grande taille sur un circuit imprimé a été évaluée. Des simulations thermomécaniques ont été effectuées afin de calculer les contraintes résiduelles accumulées pendant le procédé d’assemblage puis l’énergie dépensée dans les parties critiques des joints au cours d’un cycle thermique. Simultanément, des BGA reportés sur des circuits imprimés ont été placés dans une chambre climatique et ont subi des variations de températures.
-Circuit imprimé haute densité
-Simulations thermomécaniques
-Fiabilité d’un assemblage de BGA
-Composants enterrés
This thesis, which is part of the European EMCOMIT project, aims at contributing to the study of high density printed circuit board including a great number of internal layers and embedded components. The qualification of this technology is done by the way of simulations and electrical measurements on specific test vehicles. The electrical results allow estimating the performance of materials for telecommunication applications and speed data transfer. The reliability of the assembly of the large BGA on a printed circuit board has been evaluated. Thermomechanical simulations have been done in order to compute residual stresses stored during the assembly process and the deformation energy density in the solder joints during one thermal cycle. Simultaneously BGA soldered on printed circuits have been positioned in climatic chamber and have been subjected to temperature variations.
-High density printed circuit
-Thermomechanical simulations
-Reliability of BGA assembly
-Embedded components
Source: http://www.theses.fr/2008BOR13681/document

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 146
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 7 Mo

Extrait

N° d'ordre : 3681

THESE

présentée à

L'UNIVERSITE BORDEAUX 1

ECOLE DOCTORALE DES SCIENCES PHYSIQUES ET DE L’INGENIEUR

Par Jérôme PUIL

POUR OBTENIR LE GRADE DE

DOCTEUR

SPECIALITE : Electronique

********************
CONTRIBUTION A L’ETUDE D’ASSEMBLAGES
ELECTRONIQUES SUR CIRCUITS IMPRIMES A HAUTE DENSITE
D’INTEGRATION COMPORTANT UN NOMBRE DE COUCHES
IMPORTANT ET DES CONDENSATEURS ENTERRES
********************

Soutenue le : 27 novembre 2008

Après avis de :
M. Christian BOISROBERT Professeur, université de Nantes
M. André VAN CALSTER, Professeur Professeur, IMEC Ghent

Devant la commission d'examen formée de :
M. Christian BOISROBERT Professeur, université de Nantes
M. Pascal GUILBAULT Docteur, BULL SAS
M. Daniel LAMBERT Docteur, BULL SAS
M. Yves OUSTEN Professeur, IMS
M. André VAN CALSTER Professeur, IMEC Ghent
M. Eric WOIRGARD Professeur, IMS N° d'ordre : 3681

THESE

présentée à

L'UNIVERSITE BORDEAUX 1

ECOLE DOCTORALE DES SCIENCES PHYSIQUES ET DE L’INGENIEUR

Par Jérôme PUIL

POUR OBTENIR LE GRADE DE

DOCTEUR

SPECIALITE : Electronique

********************
CONTRIBUTION A L’ETUDE D’ASSEMBLAGES
ELECTRONIQUES SUR CIRCUITS IMPRIMES A HAUTE DENSITE
D’INTEGRATION COMPORTANT UN NOMBRE DE COUCHES
IMPORTANT ET DES CONDENSATEURS ENTERRES
********************

Soutenue le : 27 novembre 2008

Après avis de :
M. Christian BOISROBERT Professeur, université de Nantes
M. André VAN CALSTER, Professeur Professeur, IMEC Ghent

Devant la commission d'examen formée de :
M. Christian BOISROBERT Professeur, université de Nantes
M. Pascal GUILBAULT Docteur, BULL SAS
M. Daniel LAMBERT Docteur, BULL SAS
M. Yves OUSTEN Professeur, IMS
M. André VAN CALSTER Professeur, IMEC Ghent
M. Eric WOIRGARD Professeur, IMS































à Valérie,
à mes parents.Je remercie Monsieur le Professeur P. FOUILLAT, Directeur de l’IMS de Bordeaux, pour son
accueil chaleureux et pour la confiance qu’il m’a témoignée en m’accueillant dans son laboratoire. De
même, je remercie Monsieur Laurent CARGEMEL pour m’avoir accueilli dans le département
Recherche et Développement de BULL. Je remercie également, l’ANRT (Association Nationale de la
Recherche Technique), responsable de la gestion de cette convention CIFRE.

Ce travail a été réalisé sous la direction de Monsieur le Professeur Eric WOIRGARD à qui
j’exprime mes plus sincères remerciements pour sa confiance, ses conseils et sa passion
communicative.
Je remercie vivement Monsieur Jean-Yves DELETAGE, Ingénieur de recherche, pour ses
conseils précieux quant à l’utilisation du progiciel Ansys.

J’éprouve toute ma reconnaissance à Monsieur Daniel LAMBERT, Ingénieur de recherche de
la société BULL, pour son accueil, sa disponibilité et ses conseils.
Je tiens à remercier Monsieur Pascal GUILBAULT, Ingénieur de recherche de la société
BULL, pour sa disponibilité, son aide précieuse et ses conseils.

Mes remerciements vont également à Monsieur Yves OUSTEN qui m’a fait l’honneur de
présider mon jury de thèse.
Je tiens à remercier particulièrement Monsieur Christian BOISROBERT, Professeur à
l’université de Nantes et Monsieur André VANCALSTER, Professeur à l’université de Gant (Belgique)
pour avoir accepté de juger ce travail et d’en être les rapporteurs.

Que ma famille et tous mes amis soient assurés de mon immense gratitude et de ma sincère
reconnaissance pour leur soutien permanent.
TABLE DES MATIERES
TABLE DES MATIERES .................................................................................. 1

ABREVIATIONS ................................................................................................ 5

INTRODUCTION GENERALE ....................................................................... 7

CHAPITRE I : LES TECHNOLOGIES POUR CIRCUITS IMPRIMES
HAUTE DENSITE .............................................................................................. 9
I. EVOLUTION DES CIRCUITS INTEGRES.................................................................................. 10
II. LES SUPPORTS D’INTERCONNEXION STANDARD ................................................................ 12
III. LES LIGNES DE TRANSMISSION......................................................................................... 14
III.1. Le phénomène de réflexion ................................................................................................................. 14
III.2. Le phénomène d’atténuation............................................................................................................... 15
III.3. Le phénomène de déphasage .............................................................................................................. 16
III.4. Le phénomène de puissance et de bruit .............................................................................................. 17
IV. LES TECHNOLOGIES DES CIRCUITS IMPRIMES AVEC CONDENSATEURS ENTERRES ............ 19
V. CONCLUSION .................................................................................................................... 21

CHAPITRE II : CARACTERISATION ELECTRIQUE DE NOUVEAUX
MATERIAUX DIELECTRIQUES POUR CIRCUITS IMPRIMES HAUTE
DENSITE ...........................................................................................................23
I. DESCRIPTION DES MATERIAUX DIELECTRIQUES.................................................................. 23
I.1. Choix des matériaux pour les applications standards........................................................................... 24
I.2. Choix des matériaux pour les applications hautes vitesses................................................................... 25
I.3. Propriétés des matériaux sélectionnés .................................................................................................. 25
II. THEORIE D’EXTRACTION DES PROPRIETES DES MATERIAUX.............................................. 26
II.1. Modélisation des striplines et des microstrips ..................................................................................... 27
1 II.2. Caractérisation dans le domaine temporel.......................................................................................... 29
II.3. Caractérisation dans le domaine fréquentiel....................................................................................... 31
III. VEHICULE DE TEST POUR LA CARACTERISATION DE MATERIAUX DIELECTRIQUES ........... 34
III.1. Spécification du véhicule de test TVH ................................................................................................ 34
III.1.1. Règles de tracé et empilage du circuit imprimé .......................................................................... 35
III.1.2. Description des motifs de test..................................................................................................... 36
III.2. Fabrication des véhicules de test........................................................................................................ 37
IV. MESURE DES MOTIFS DE TEST.......................................................................................... 38
IV.1. Analyse des micro-sections................................................................................................................. 38
IV.2. Banc de test et connexion à la carte imprimée ................................................................................... 42
IV.3. Mesure de la constante diélectrique ................................................................................................... 43
IV.3.1. Caractérisation des lignes au réflectomètre ................................................................................ 43
IV.3.2. Caractérisation des lignes à l’analyseur de réseau...................................................................... 44
IV.4. Mesure de l’angle de pertes................................................................................................................ 47
V. EXPLOITATION DES RESULTATS ........................................................................................ 49
V.1. Comparaison des impédances.............................................................................................................. 50
V.2. Comparaison du paramètre S ...............................................................................................