THÈSE En vue de l'obtention du

Moussa Naït Abdelaziz

Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
THÈSE En vue de l'obtention du DOCTORAT DE L'UNIVERSITÉ DE TOULOUSE Délivré par : Institut National Polytechnique de Toulouse (INP Toulouse) Discipline ou spécialité : Génie Mécanique, Mécanique des Matériaux Présentée et soutenue par : Sabeur MSOLLI Le 10 Novembre 2011 TITRE Modélisation thermomécanique de l'assemblage d'un composant diamant pour l'électronique de puissance haute température JURY M. Moussa NAÏT ABDELAZIZ Professeur des Universités, Polytech'Lille Rapporteur M. Eric LACOSTE Professeur des Universités, IUT Bordeaux 1 Rapporteur M. Zoubir KHATIR Directeur de Recherche à l'INRETS Président M. Moussa KARAMA Professeur des Universités, ENIT Directeur de thèse M. Olivier DALVERNY Maître de Conférences, ENIT Co-directeur de thèse M. Joël ALEXIS Maître de Conférences, ENIT Co-Encadrant École doctorale : Mécanique, Énergétique, Génie civil et Procédés (MEGeP) Unité de recherche : Laboratoire Génie de Production - École Nationale d'Ingénieurs de Tarbes Directeur de thèse : M. Moussa KARAMA

• comportement des alliages de brasure


• packaging elementaire


• procédure expérimentale


• validation de l'intégration du modèle de comportement


• identification des parametres du modele pour les differentes jonctions


• contamination des matériaux d'assemblage


• procédure de brasage-diffusion


• propriétés mécaniques du multicouches ti


• couplage du modele viscoplastique

Sujets

• Captain Debas
• Lacoste
• Institut national polytechnique de Toulouse
• Alexis
• Béguin
• Moussa

Informations

• Publié par: profil-zyak-2012
• Publié le: 01 novembre 2011
• Nombre de lectures: 316
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 7 Mo

Extrait

THÈSE
En vue de l’obtention du
DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE
Délivré par :
Institut National Polytechnique de Toulouse (INP Toulouse)
Discipline ou spécialité :
Génie Mécanique, Mécanique des Matériaux

Présentée et soutenue par : Sabeur MSOLLI
Le 10 Novembre 2011
TITRE
Modélisation thermomécanique de l’assemblage d’un composant diamant
pour l’électronique de puissance haute température

JURY

M. Moussa NAÏT ABDELAZIZ Professeur des Universités, Polytech’Lille Rapporteur
M. Eric LACOSTE Professeur des Universités, IUT Bordeaux 1 Rapporteur
M. Zoubir KHATIR Directeur de Recherche à l’INRETS Président
M. Moussa KARAMA Professeur des Universités, ENIT Directeur de thèse
M. Olivier DALVERNY Maître de Conférences, ENIT Co-directeur de thèse
M. Joël ALEXIS Maître de Conférences, ENIT Co-Encadrant


École doctorale : Mécanique, Énergétique, Génie civil et Procédés (MEGeP)
Unité de recherche : Laboratoire Génie de Production - École Nationale d'Ingénieurs de Tarbes
Directeur de thèse : M. Moussa KARAMA


Remerciements

Ce travail de thèse a été réalisé au sein du Laboratoire Génie de Production de Tarbes, équipes
IMF et M2SP.
Je tiens à remercier les membres de mon Jury de thèse : le président, M. Zoubir KHATIR pour sa
disponibilité et sa gentillesse, M. Moussa NAIT ABDELAZIZ et M. Eric LACOSTE pour avoir
rapporté sur mon manuscrit dans un délai record. Leurs questions pertinentes, leurs
interrogations et remarques bénéfiques reflètent leur intérêt pour ce sujet.
Je remercie M. Daniel NOYES, directeur de Laboratoire Génie de Production pour m’avoir
accueilli au sein du laboratoire.
Merci à mon directeur de thèse M. Moussa KARAMA pour sa disponibilité et sa confiance lors
de cette thèse.
Une pensée toute particulière à Mes encadrants de thèse M. Olivier DALVERNY et M. Joël
ALEXIS. La simulation numérique par éléments finis a pris une place non négligeable dans mon
travail de thèse et c’est grâce à sa patience et sa pédagogie que M. DALVERNY m’a pu apporter
une grosse progression. Je n’aurais jamais imaginé que j’arriverais à finaliser ma partie pratique
sans l’expérience et le « pulse » de M. ALEXIS qui a contribué de façon incontournable dans
une partie considérable de ce travail. Mes encadrants m’ont permis de façonner librement mon
étude. Leur recul et leur analyse ont donné du poids à mon travail.
Une pensée à tous les gens qui m’ont apporté soutien et aide pendant cette thèse particulièrement
Mme Nathalie AUBAZAC, M. Jean Deny BEGUIN et M. Jean Marie CECCON.
Je tiens à remercier M. Jacques DEBARD pour son aide précieuse à la réalisation des traitements
de surface et ses conseils très utiles dans ce travail de thèse.
Très reconnaissant pour M. Philippe LASSERRE pour son coup de main dans l’exploitation des
moyens technologiques dans PEARL à ALSTOM.
Sans oublier M. Henri SCHNEIDER, directeur de recherche au CNRS-LAAS pour son apport
sur les dépôts diamant.
Merci à ma femme « Wiza » pour sa fameuse expression « au boulot » et son incontournable
« quand est-ce que tu vas bosser ? ».
Mes derniers remerciements vont à mes parents. C’est grâce à eux que je suis arrivé à ce stade et
que je suis devenu l’Homme, l’ingénieur et le chercheur. Je présente toute ma reconnaissance à
eux.




SOMMAIRE

INTRODUCTION GENERALE ............................................................................................................................. 13
CHAPITRE 1. ÉTAT DE L’ART SUR LES PACKAGINGS D’ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
HAUTE TEMPERATURE ...................................... 17
1 CONTRAINTES LIEES AU PACKAGING HAUTE TEMPERATURE .................................................. 18
1.1 COMPOSITION D’UN PACKAGING ELEMENTAIRE ............................................................................................ 18
1.2 LES CONTRAINTES TECHNOLOGIQUES DANS LES ASSEMBLAGES .................................................................... 19
1.2.1 Différence de dilatation thermique entre les matériaux ...... 19
1.2.1.1 Différence des CTE au niveau des jonctions brasées ................. 19
1.2.1.2 Différence des CTE au niveau des fils de connexion ................................ 20
1.2.2 Propriétés thermomécaniques faibles des matériaux du packaging ................................................... 21
1.2.3 Diffusion et contamination des matériaux d’assemblage .................................... 21
1.2.4 Contraintes liées à l’architecture de l’assemblage et aux conditions environnantes ......................... 23
1.3 CRITERES DE CHOIX POUR LES MATERIAUX DU PACKAGING .......................................... 23
2 SOLUTIONS ADAPTEES POUR LE PACKAGING HAUTE TEMPERATURE .. 24
2.1 SUBSTRAT CERAMIQUE .................................................................................................................................. 24
2.2 ASSEMBLAGE DES ELEMENTS ........................................................................................ 26
2.2.1 Emploi d’alliages de brasure à température de fusion élevée ............................................................ 27
2.2.2 Utilisation d’autres techniques d’assemblage alternatives ................................. 27
2.2.2.1 Frittage avec résine ou nanoparticules d’argent ou technique « LTJT » ..................................................... 27
2.2.2.2 Procédure de brasage-diffusion ou TLPS ................................................................................................... 29
2.2.2.2.1 Diffusion en phase solide dans l’or ....................................... 29
2.2.2.2.2 Diffusion en phase solide dans l’argent . 29
2.3 CONNEXION ELECTRIQUE PAR CABLAGE FILAIRE ........................................................................................... 30
2.3.1 Les fils de connexion en or .................................................................................. 30
2.3.2 Les fils de connexion en platine .......................................................................... 30
2.3.3 Les fils de connexion en Aluminium .................................................................... 30
2.4 ARCHITECTURE DU PACKAGING .................................................... 31
2.5 METALLISATIONS .......................................................................... 32
2.5.1 Céramique ........................................................................... 32
2.5.2 Métallisation de finition ...................................................................................... 33
2.5.3 Revêtements sur DBC .......................................................................................... 33
2.6 SEMELLE ....................................................................................... 34
2.7 RADIATEUR ................................................................................... 34
3 CHOIX TECHNOLOGIQUES POUR LE PACKAGING HAUTE TEMPERATURE ........................... 37
3.1 CHOIX DE L’ARCHITECTURE ................................................................ 37
3.2 CHOIX DES MATERIAUX ................................................................................................. 38
3.2.1 Choix des alliages de brasure ............................................................................. 38
3.2.2 Choix des métallisations ...................................................... 39
CONCLUSION DU CHAPITRE 1 .......................................................................................................................... 40
CHAPITRE 2. CARACTERISATION EXPERIMENTALE DES MATERIAUX DU PACKAGING ......... 43
1 ÉTUDE DES DEPOTS .................................................................................................................................... 44
1.1 ETUDE DES METALLISATIONS DE FINITION SUR SUBSTRAT DIAMANT ............................................................. 44
1.1.1 Dépôts monocouches ........................................................................................... 45
1.1.1.1 Elaboration des dépôts ................................................................................................ 45
1.1.1.2 Morphologie des dépôts ............................................................. 45
3

1.1.1.3 Adhérence des dépôts ................................................................................................................................ 46
1.1.2 Dépôts multicouches ........................... 51
1.1.2.1 Procédure expérimentale ......................