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Luan, Quoc Hung. Etude et mise en oeuvre de techniques d'assemblages hybrides pour l'intégration tridimensionnelle en électronique de puissance

Luan, Quoc Hung (2010) Etude et mise en oeuvre de techniques d'assemblages hybrides pour l'intégration tridimensionnelle en électronique de puissance.

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Résumé en francais

L'amélioration de l'efficacité énergétique du vecteur électricité passe par une conception très intégrée des systèmes électroniques, notamment des convertisseurs d'énergie électrique. La tendance générale est à une forte intégration des fonctionnalités d'une part et à l'augmentation de la densité de puissance d'autre part. C'est particulièrement le cas des systèmes nomades et des systèmes intervenant dans les transports (automobile, ferroviaire et aérien), avec en plus, l'exigence d'une très haute fiabilité. Ces applications nécessitent de nouvelles architectures matérielles d'intégration avec des contraintes toujours plus importantes vis-à-vis de la réduction du volume, du poids et des coûts tout en maintenant un niveau de fiabilité élevé. De plus, les environnements ont tendance à être plus sévères (plus chauds et quelquefois plus froids). À ce titre, l'électronique de puissance "haute température" est un enjeu majeur pour le futur. Une des pistes les plus prometteuses pour l'augmentation de la compacité des systèmes est l'intégration tridimensionnelle. En particulier, le passage des modules de puissance " planar " actuels (où toutes les puces sont coplanaires, et refroidies uniquement par leur face arrière) à des structures 3D permettra d'améliorer simultanément les performances thermiques (refroidissement double face), électriques (réduction des inductances et résistances parasites) et électromagnétiques. C'est dans ce contexte que les technologies d'interconnexion et d'assemblage dans les modules de puissance jouent un rôle fondamental. Grâce aux révolutions des nano technologies, un mode d'assemblage hybride a été proposé sous le nom " nano scratch " consistant en la mise en compression de deux surfaces dont l'une au moins porte une structure de nano fils, et de les faire s'interpénétrer l'une dans l'autre, afin de réaliser un assemblage mécanique mais aussi conducteur électrique et thermique. Ce type d'assemblage semble être un candidat prometteur pour remplacer la technique de brasure classique. Il permet d'une part de favoriser l'intégration 3D, et d'autre part, de rendre le procédé plus économique à l'aide de sa réalisation à froid. La contribution principale de ce travail de thèse se situe essentiellement en l'étude et la mise en oeuvre d'un procédé d'assemblage de type " nano scratch " en utilisant des nano fils de cuivre réalisés par la voie du dépôt électrochimique en vue de l'appliquer dans le domaine électronique de puissance. La première partie du mémoire est consacrée à une synthèse des différents constituants d'un module de puissance. Par la suite, un état de l'art de différentes technologies d'interconnexion et d'assemblage utilisées dans les modules de puissance est réalisé, et notamment sur les travaux reposant sur le principe d'assemblage de type " nano scratch ". Ensuite, le deuxième chapitre est focalisé sur une évaluation des méthodes permettant de fabriquer des nano structures. La technique retenue consistant à réaliser des nano fils en cuivre par dépôt électrolytique à travers une membrane nano poreuse. Dans le dernier chapitre, nous présentons le principe et la réalisation d'un assemblage électro-thermo-mécanique de type " nano scratch " en utilisant des nano fils de cuivre. Une application de ce dernier afin d'effectuer un assemblage de la face arrière d'un composant IGBT sur un substrat DBC est également présentée. Quelques optimisations sont proposées et testées afin de rendre plus performant le procédé. La dernière partie du chapitre consiste en quelques caractérisations de l'assemblage.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
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 :Module de puissance - Semi-conducteur - Intégration - Packaging - Interconnexion - Assemblage - Brasure - Dépôt électrolytique - Membrane nano poreuse
Sujets :Electricite, électronique, automatique
Déposé le :05 Nov 2010 18:25