Fatigue thermomécanique des connexions dans les modules de puissance à semi-conducteurs. - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2019

Thermomechanical fatigue of connections in power semiconductor modules.

Fatigue thermomécanique des connexions dans les modules de puissance à semi-conducteurs.

Guillaume Pellecuer

Résumé

The thesis topic is the aging of semiconductor power modules. During operation, these modules undergo a specific heating which can vary cyclically over time when the application requires a variable electric mode. This is referred to as thermal cycling, a mechanism that imposes significant thermomechanical stresses developed by the internal connections and can lead to their damage. This problem constitutes the core of the thesis work. It will rely on the integration of adapted constitutive behavioural laws into "finite element" software tools to study a module representative of current technology. From an experimental standpoint, the implementation of tests on "classical" modules is relatively complex and the exploitation of the results by imaging techniques requires significant preliminary work. To overcome these drawbacks, the work presented here proposes a specific sample production approach focusing on the ageing of a bonding wire. The use of these new test vehicles makes the monitor damage easier as well as post-ageing analysis. In addition, ageing studies on generic modules for different cycling frequencies should help us to better understand the hypothesis of the independence of fatigue with respect to cycling speed.
Le sujet de thèse porte sur le vieillissement des modules de puissance à semi-conducteurs. En fonctionnement, ces modules subissent un échauffement propre qui peut varier cycliquement dans le temps quand l’application impose un régime électrique variable. On parle alors de cyclage thermique, mécanisme qui impose d’importantes contraintes thermomécaniques sur les connexions internes et peut conduire à leur endommagement. Cette problématique constitue le coeur du travail de thèse. Il s’appuie sur l’intégration de lois de comportement adaptées dans des outils logiciel de type "éléments finis" pour conduire l’étude d’un module représentatif de la technologie actuelle. D’un point de vue expérimental, la mise en oeuvre de tests sur des modules "classiques" est relativement complexe et l’exploitation des résultats par des techniques d’imageries demande un travail préalable important. Pour pallier ces inconvénients, le travail présenté ici propose une démarche de réalisation d’échantillons spécifiques se focalisant sur le vieillissement d’un fil de bonding. L’utilisation de ces nouveaux véhicules de tests permet de suivre plus aisément l’endommagement et facilite l’analyse post vieillissement. En complément, des études de vieillissement sur des modules génériques pour différentes valeurs de vitesses de cyclage permettent d’évaluer l’hypothèse de l’indépendance de la fatigue vis à vis de cette vitesse de cyclage.
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Dates et versions

tel-02476237 , version 1 (12-02-2020)

Identifiants

  • HAL Id : tel-02476237 , version 1

Citer

Guillaume Pellecuer. Fatigue thermomécanique des connexions dans les modules de puissance à semi-conducteurs.. Electronique. Université Montpellier, 2019. Français. ⟨NNT : 2019MONTS038⟩. ⟨tel-02476237⟩
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