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Mousnier, Morgane. Apport de la thermographie infrarouge à l'analyse de défaillance de composants et systèmes électroniques

Mousnier, Morgane (2019). Apport de la thermographie infrarouge à l'analyse de défaillance de composants et systèmes électroniques.

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Résumé en francais

Depuis les années 1960, l'industrie du semi-conducteur s'est alignée sur la loi de Moore qui prévoit le doublement de la densité d'intégration des transistors par unité de volume tous les deux ans. La loi de Moore comporte deux lois empiriques qui décrivent l'évolution de la complexité et de la miniaturisation des composants électroniques, initialement pour accroître la vitesse de calcul des ordinateurs. Cette évolution des composants électroniques amène à des structures plus complexes, notamment des structures 2,5D et 3D où les puces sont empilées ou placées les unes sur les autres, dans un même boîtier. Cette complexité implique de nouvelles difficultés dans l'expertise de ces composants. Parmi les techniques permettant l'analyse des composants électroniques, la thermographie infrarouge (TIR) a été choisie pour mener le travail de thèse car elle montrait un réel potentiel d'analyse du circuit intégré au système électronique, en passant par le contrôle non destructif (CND). La TIR est une technique de mesure du rayonnement infrarouge non destructive et sans contact. Le système du CNES est équipé d'une caméra avec un photo détecteur en antimoniure d'indium qui permet de mesurer le rayonnement infrarouge de longueur d'onde 3-5µm avec une résolution spatiale pouvant aller jusqu'à 3µm. La mesure du rayonnement infrarouge est plus classiquement répandue dans l'industrie pour effectuer du CND, sur des composites ou alliages d'aluminium pour usage aéronautique par exemple. Dans le cadre de la thèse, la TIR est utilisée principalement en 3 modes de fonctionnement pour effectuer de l'analyse de défaillance. : la thermographie synchrone (lock-in thermography), la mesure de température et l'acquisition de phénomène rapide (trigger-delay). La principale difficulté du domaine IR est l'émissivité de surface, souvent très hétérogène pour les composants électroniques. L'application d'un revêtement a démontré son utilité en cas de mesure de température mais également en localisation de défaut, en permettant une localisation plus précise du défaut. Cependant, l'application d'un revêtement peut être invasive. La TIR a démontré ses capacités de caractérisation, notamment via la mesure de température à fort grandissement en effectuant une calibration en émissivité adaptée. En effet, il a été possible d'effectuer une mesure de température au travers d'un substrat silicium, sur des composants dont la taille est de l'ordre de la dizaine de micromètre. Il a également été possible d'établir très rapidement une solution de design debug. Pour la localisation par TIR, l'excitation électrique ainsi que des utilisations moins classiques ont été explorées. Les différents essais conduits ont démontré que l'utilisation des ultrasons était relativement invasive, donc plutôt destinée à l'analyse de matériau massif. L'utilisation d'un flash pour créer la source de chaleur apporte des résultats satisfaisants mais pour des applications relativement restreintes. Cependant, elle permet de distinguer des matériaux organiques non chargés, invisibles aux rayons-X par exemple. Comme toutes techniques, la TIR possède ses avantages mais également ses limitations. Ainsi, plusieurs techniques complémentaires à la TIR sont proposées.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Lebey, Thierry
Bley, Vincent
Ecole doctorale:Génie électrique, électronique, télécommunications (GEET)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire PLAsma et Conversion d'Energie (LAPLACE), UMR 5213
Mots-clés libres :Thermographie infrarouge - Analyse de défaillance - Composants électroniques - Circuit imprimé - Localisation - Caractérisation
Sujets :Electricite, électronique, automatique
Déposé le :23 Sep 2020 14:15