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La fiabilité
La gestion thermique des modules de puissance a un impact direct sur leur fiabilité. L’utilisation de matériaux à haute conductivité thermique avec des coefficients de dilatation thermique faibles et les plus proches possibles entre eux est essentielle. Malgré tout, le point de fonctionnement du convertisseur fluctue au cours de ses profils de mission et provoque des variations de température des divers matériaux. Les gradients de température à travers le module de puissance sont à l’origine de défauts par contraintes physiques qui affectent fortement la fiabilité du convertisseur. Le module de puissance doit pouvoir supporter ces cycles thermiques avec une dégradation limitée dans le temps [38], [39].
Le packaging
Les modules de puissance doivent également répondre aux exigences en termes de performance électrique par la réduction des éléments parasites, permettre la dissipation de la chaleur par une gestion thermique optimale et garantir la tenue mécanique. Ces contraintes d’origine électro-thermomécaniques (ETM) sont directement liées à leur packaging qui représente, le plus souvent, le point limitant.
Le packaging peut varier en fonction de la gamme des calibres en tension et courant. Néanmoins, un standard s’est développé chez les fabricants : il est représenté en vue de coupe en Figure 1.8, et constituera le point de départ de l’analyse. Il fait partie des assemblages électroniques appelés Power MCM (Multi Chip Modules) du fait qu’il soit composé de plusieurs puces assemblées dans un même boîtier [40], [34].
La protection et sureté du module
Le boitier et son couvercle permettent une protection mécanique, physique et chimique de la partie active du module de puissance face à son environnement extérieur. Il joue le rôle de support mécanique et d’isolant électrique des terminaux du module. Les principaux matériaux utilisés sont le DAP (Diallyl phthalate), l’époxy et le PBT (Téréphtalates de polybutylène) avec des additifs supplémentaires (fibre de verre, métaux, minéraux voire matières organiques) afin d’adapter leurs propriétés aux besoins [44]. Il sert également de réceptacle pour l’encapsulation. Avant la fermeture du couvercle, un matériau diélectrique y est déposé, d’une part, afin de renforcer la protection des éléments actifs contre les agents environnementaux et, d’autre part, pour augmenter la tenue diélectrique des puces semi-conductrices mais également entre les différents potentiels des fils de câblage [66].
Un gel silicone est versé sur la partie active préalablement mise sous vide pour éviter les défauts de type « bulles ». Ce type de gel est donné pour une tenue diélectrique entre 15 et 20 kV/mm pour une température maximale de fonctionnement de 200°C avec une conductivité thermique généralement inférieure à 1 W/m.K et un coefficient de dilatation de l’ordre de 200.106 K-1 [44], [63], [67].
Les tendances et évolutions
Bien que les composants en silicium soient actuellement les plus présents sur le marché de la conversion d’énergie, les perspectives sont aux matériaux à large bande interdite. En particulier, les matériaux SiC et GaN constituent le vecteur principal d’évolution des convertisseurs de puissance. Leur montée en fréquence de découpage les rend plus sensibles aux éléments parasites et certains matériaux utilisés ne sont plus adaptés à leur température de jonction élevée impactant ainsi la fiabilité des modules. Il est impératif de prendre en considérations ces caractéristiques afin de garantir l’efficacité et la fiabilité des futurs systèmes, dans la proposition d’une nouvelle solution technologique d’intégration.
Les tendances et évolutions
Les substrats, semelles et dissipateurs
Les excursions thermiques et les courants de mode commun constituent les points de vigilance pour les substrats, les semelles et les dissipateurs thermiques au sein du module de puissance. De nombreuses solutions sont proposées par les fabricants afin d’optimiser la dissipation de la chaleur à travers ces éléments et de réduire les capacités parasites qui sont source de perturbations et de bruits IEM (Interférences ÉlectroMagnétiques), altérant le fonctionnement des équipements.
Le substrat à brasure active
Les substrats AMB (Active Metal Brazed) ont la même constitution qu’un DBC ou DBA à l’exception de l’utilisation d’un procédé de brasure particulier des métallisations à la céramique. Généralement une couche de brasure à base d’AgCuTi avec le Titane comme élément actif est utilisée. Cette couche est généralement sérigraphiée sur le substrat ce qui offre une meilleure tenue mécanique à l’interface céramique/métallisation grâce à son rôle d’accommodant des CTE différents ; la fiabilité du substrat s’en trouve ainsi améliorée [70]. L’intérêt de cette technologie est de pouvoir assembler des substrats avec une céramique en nitrure de silicium qui, par ailleurs, ne peut pas être assemblée par contact à haute température. Elle présente des propriétés équivalentes à l’alumine et au nitrure d’aluminium mais offre une résistance mécanique bien meilleure [69]. Ce procédé d’assemblage peut aussi être mis en œuvre avec d’autres céramiques. Les brasures les plus courantes sont en TiAgCu [71]. L’absence de cavité entre la métallisation et le substrat réduit les risques de décharges partielles [72].
Le substrat-semelle
La technologie IMS (Insulated Metal Substrate) met en avant l’intégration du substrat et de sa semelle afin d’améliorer la dissipation thermique en réduisant le nombre d’interfaces et leur épaisseur. La métallisation supérieure permettant la conduction du courant via ses pistes est directement isolée de la semelle par une fine interface constituée d’un matériau polymère. La métallisation est en cuivre d’une épaisseur comprise entre 35 et 240 µm sur une couche diélectrique allant de 50 à 100 µm en époxy, époxy-verre ou polyimide assemblée à une semelle entre 0,5 et 3 mm en aluminium [73] ou cuivre [74], [75]. Pour garantir une bonne adhérence entre la semelle et le diélectrique, une anodisation de l’aluminium permet d’augmenter la rugosité de surface et de renforcer l’isolation électrique par la formation d’une interface en alumine [73] contrairement à une oxydation classique du cuivre qui augmente sensiblement la résistance thermique de l’interface [76].
Basés sur le même concept, des travaux mettent en avant la technologie IMS utilisant une céramique, à la place du polymère, d’une épaisseur comprise entre 10 et 30 µm reportée directement sur le dissipateur en aluminium par une couche adhésive comprise entre 4 et 10 µm. Le procédé d’anodisation de l’aluminium y est également utilisé afin de renforcer l’isolation électrique avec les métallisations en cuivre [78].
Les performances et limitations
Les évolutions du packaging des modules de puissance permettent d’améliorer les performances et la fiabilité du convertisseur d’énergie. Néanmoins, cet assemblage conventionnel, et ses dérivés, sont optimisés autour d’une technologie d’interrupteurs spécifique utilisant le silicium comme matériau semi-conducteur. Les modules de puissance comme nous venons de les voir, sont-ils en mesure d’intégrer des composants de nouvelle génération à base de matériaux à large bande interdite ? Si non, quels sont les verrous à débloquer afin d’offrir un packaging digne de la percée technologique proposée par ces nouveaux matériaux utilisés pour les interrupteurs de puissance dernier cri ? Nous tenterons de répondre à ces questions à travers la prochaine section en analysant les performances et limites du boitier conventionnel et de ces évolutions.
Les matériaux à large bande interdite
Comme nous l’avons vu en début de chapitre, les matériaux semi-conducteurs à large bande interdite offrent la possibilité de fabriquer des interrupteurs de puissance plus efficaces, plus fiables, plus rapides et dans un volume plus réduit que leurs homologues à base de silicium. Les améliorations proposées par ces nouveaux composants permettent d’envisager la conception de module à forte densité de puissance et longue durée de vie dans une large gamme de puissance. La possibilité de fonctionner à des températures élevées (> 200°C), des fréquences (≥ 1 MHz) et des tensions élevées (dizaines de kV) rend les modules utilisant ces composants nettement plus performants et augmente le rendement de conversion [108]. La courbe (a) en Figure 1.24 montre les limites d’utilisation des modules de puissance utilisant un boitier conventionnel avec des composants en silicium. Si en lieu et place des composants en silicium, des interrupteurs à base de carbure de silicium 4H sont intégrés, nous pourrions nous apercevoir que l’unique limite imposée, dans les différentes gammes de tensions, serait le boitier. L’analyse du boitier conventionnel et de ses évolutions au regard des caractéristiques des composants à grand gap nous permettra d’identifier l’origine de cette limite technologique.
Les tendances et perspectives
Le packaging du module de puissance conventionnel est constitué d’un ensemble de points limitants face aux performances des composants à large bande interdite. En outre, les éléments parasites induits par le packaging ne permettent pas des commutations autorisées par les dernières générations de composants actifs. De plus, les températures plus élevées ne font qu’accroitre les difficultés à dissiper la chaleur et garantir la fiabilité du système face aux contraintes thermomécaniques pour les matériaux qui peuvent intrinsèquement supporter ces températures. Les évolutions proposées améliorent certaines caractéristiques des modules de puissance. Cependant, ces optimisations ne sont pas suffisantes pour bénéficier pleinement des interrupteurs en carbure de silicium (SiC) ou nitrure de galium (GaN). Les composants en silicium (Si) limitent l’utilisation des interrupteurs à de hautes fréquences de commutation pour les puissances les plus basses et imposent des fréquences plus faibles afin de pouvoir traiter les puissances plus élevées. Cela implique que les convertisseurs les plus efficaces sont en mesure de traiter uniquement de faibles puissances. Pour les puissances les plus élevées, la réduction de la fréquence nécessite l’utilisation de filtre IEM (interférences électromagnétiques) ; source de réduction de la densité de puissance par l’utilisation de composants passifs plus volumineux. Les matériaux semi-conducteurs à grand gap sont en mesure de faire bénéficier, les convertisseurs statiques de la montée en fréquence et ce également pour les puissances les plus élevées en proposant des systèmes à forte densité de puissance avec une haute efficacité [145]
; voir Figure 1.34. Cependant, le module de puissance doit pouvoir garantir une gestion thermique optimale dépassant largement la gamme de température entre 125°C à 150°C des composants en silicium (Si).
L’intégration monolithique
Pour répondre à ces problématiques, la recherche se dirige vers l’intégration afin de créer une nouvelle génération de convertisseurs d’énergie plus efficace, plus fiable et à coût réduit. Les stratégies d’intégration des modules diffèrent au travers de la littérature. Néanmoins, plusieurs grandes familles sont identifiables et font l’objet des analyses suivantes.
L’intégration monolithique
L’intégration monolithique consiste à optimiser la fabrication des interrupteurs de puissance, voire d’un module, sur un seul et même substrat, c’est-à-dire le matériau semi-conducteur lui-même. Nous visualisons deux approches distinctes dans cet axe de recherche. La première vise à rapprocher les parties commande et puissance du convertisseur par juxtaposition et isolements des différentes fonctions nous permettant d’obtenir une technologie à la frontière des circuits intégrés et des composants de puissance. La seconde approche s’intéresse plus particulièrement aux éléments de puissance en mutualisant, en couplant, des régions communes afin d’améliorer l’interaction fonctionnelle entre les composants [146].
Le circuit intégré de puissance
Le rapprochement entre les circuits intégrés et les composants de puissance représente le premier pas vers des interrupteurs de puissance intelligents et autonomes. Il existe deux familles de circuits intégrés de puissance qui sont les circuits « Smart Power » et « HVIC ». La différence entre ces deux familles résulte de l’agencement de l’élément de puissance selon les gammes de courants et tensions traités. La technologie Smart Power intègre généralement un seul composant de puissance, d’architecture verticale ou latérale, et permet de faire transiter des densités de courant plus importantes que la technologie HVIC basée sur des composants d’architecture latérale [147]. En revanche, les circuits HVIC ont l’avantage d’avoir une meilleure tenue en tension, soit quelques centaines de Volts [148], [149].
La mutualisation des régions communes sur un même substrat de différentes fonctions d’interrupteurs, qu’ils soient commandés ou à commutations spontanées, permet de créer une nouvelle génération de composants actifs avec une fonctionnalité qui leur est propre. Le RC-IGBT est l’exemple du premier niveau d’intégration fonctionnelle avec la mutualisation des régions communes de l’IGBT avec sa diode de roue libre. Dans une topologie classique, nous utilisons deux puces semi-conductrices distinctes : le RC-IGBT est l’intégration monolithique de ces deux fonctions venant créer un nouveau composant du type transistor IGBT bidirectionnel en courant [151].
Basé sur le même principe, le RC-IGBT-thyristor permet de gérer la conduction inverse de l’IGBT par une fonction de type thyristor en lieu et place de celle de la diode du RC-IGBT classique présenté ci-dessous [152].
L’intégration hybride
Les technologies d’intégration monolithique ont de nombreux avantages. Elles permettent notamment de réduire le câblage, les interconnexions des puces, et par conséquent les inductances parasites et les interférences électromagnétiques associées. De plus, l’utilisation d’un substrat composé d’un seul matériau réduit les contraintes thermomécaniques liées aux différences de coefficient de dilatation thermique tout en garantissant une compacité maximale. Néanmoins, l’utilisation de puces semi-conductrices intégrées, combinée au packaging conventionnel des modules de puissance, ne permet pas d’exploiter les interrupteurs en carbure de silicium (SiC) et nitrure de galium (GaN). Bien que les puces permettent une forte densité de puissance, la surface active est plus importante.
Le nombre de puces fabriquées par wafer est plus faible et en cas de défaut d’une fonction, c’est un bloc fonctionnel complet qui n’est plus exploitable ; cela augmente le coût de fabrication en réduisant le rendement de production. De plus, les bordures des wafers ne sont actuellement pas fonctionnalisées en raison d’effets de bord qui impliquent des pertes de production plus conséquentes [157]. Thermiquement, les puces intégrées concentrent la chaleur générée par les puces en un seul point lorsque l’objectif est de la répartir à travers la chaine dissipative afin d’être finalement dissipée. Du point de vue électrique, les inductances parasites sont réduites mais de nombreuses interconnexions demeurent toujours par câblage ce qui reste problématique en termes de fiabilité face à la montée en fréquence des interrupteurs en SiC et GaN. Pour le RC-IGBT, on observe également une montée en tension lors de la commutation de l’état passant à l’état bloqué, que l’on appelle « Snap-back » venant s’opposer au changement d’état de l’interrupteur [158]. Enfin, l’intégration monolithique des composants est destinée aux modules de faible et moyenne puissance, du fait que les isolations électriques internes au substrat ne peuvent tenir les contraintes appliquées par les fortes tensions commutées.
Les limitations de l’intégration monolithique encouragent à avoir une vue d’ensemble sur le module de puissance. Constitué de matériaux conducteurs, semi-conducteurs et isolants, le packaging est un assemblage hétérogène dont l’agencement, les propriétés physiques des matériaux et leurs technologies de mise en œuvre sont primordiales afin de réaliser des systèmes de forte puissance, pour les hautes tensions, avec un refroidissement optimal et de faibles éléments parasites en garantissant fiabilité et robustesse [159]. C’est dans cette dynamique que vient s’inscrire l’intégration hybride. L’objectif de l’analyse suivante est de présenter les assemblages proposés dans la littérature ; cela commence par le remplacement de la prise de contact par câblage jusqu’à la redéfinition du packaging complet en proposant des assemblages innovants.
Les brasures, frittages et assemblages par diffusion
Le remplacement des fils de câblage par des rubans a permis de réduire les inductances parasites. Cependant, au-delà des dimensions de rubans, l’assemblage ultrasonique demeure complexe au vu des risques d’endommagement de la métallisation de la puce ; la montée en fréquence des ultrasons combinée à l’augmentation de la force appliquée sont source de contraintes thermomécaniques plus importantes en surface.
Afin de proposer des structures moins inductives, des solutions sont proposées à base de brasure, frittage ou bien assemblage par diffusion en lieu et place de la technologie filaire.
Le frittage cuivre et nickel
Avant de présenter les assemblages utilisant les technologies d’interconnexions citées précédemment, de récents travaux proposent un procédé de frittage cuivre éligible à l’interconnexion d’interrupteurs de puissance [160]. La fabrication de la structure nano poreuse en cuivre est réalisée en deux étapes. La première consiste à faire un dépôt physique par phase vapeur de siliciure de cuivre puis ensuite un « désalliage » du silicium est effectué par voie électrochimique. L’assemblage est réalisé par application d’une pression pouvant atteindre jusqu’à une dizaine de MPa à une température supérieure à 250°C [161].
Le frittage du cuivre s’approche des performances électrique et thermique de l’argent avec comme avantage d’offrir un coût réduit sur la matière première. En revanche, le procédé de fabrication de la structure poreuse en cuivre est bien plus conséquent, complexe, et probablement, par manque de maturité et de retour, plus onéreuse dans sa mise en application comparé à l’utilisation de micro ou nano particules d’argent. De plus, l’oxydation du cuivre implique un traitement chimique désoxydant préalable ainsi qu’un assemblage sous atmosphère contrôlée [162].
Des travaux évoquent le frittage de nano particules de nickel. Les nano particules sont mélangées dans une solution d’alcool isopropylique et déposées par atomisation électrostatique sélective. Après évaporation de l’alcool, l’assemblage est effectué en appliquant une pression comprise entre 2 MPa et 20 MPa à 300°C pendant une heure. La résistance de cisaillement, entre 25°C et 500°C est de l’ordre d’une brasure classique [163]. Cependant, bien que le coefficient de dilatation thermique du nickel soit relativement proche de celui du cuivre (13.106 K-1), sa conductivité électrique (14,3.106 S/m) et thermique (90,7 W/m.K) sont respectivement quatre fois et plus de six fois inférieures à celles du cuivre. Le frittage de nickel des puces de puissance montre encore peu de retour d’expériences dans la littérature.
Les feuillards embossées et la technologie SKiN
Comme technologies ayant plus de retour d’expérience, l’utilisation de feuillards embossés en cuivre, autour de 1 mm d’épaisseur, brasés aux puces permet de minimiser les capacités parasites. Cette solution s’inscrit dans la même dynamique d’optimisation que les rubans de câblage en permettant de réduire les inductances parasites de par sa structure ainsi que sa résistance électrique via le cuivre [164], [165].
Elle permet également d’assembler directement les composants de la partie commande sur les feuillards afin de réduire les inductances à la commande, ce qui constitue un premier pas vers l’intégration tridimensionnelle des modules de puissance [166].
Le fabricant Semikron propose une solution appelée « technologie SKiN » s’inspirant des interconnexions par feuillards embossés. Les brasures des embossages sont remplacées par le frittage d’argent et les feuillards embossés par des substrats en technologie PCB flexibles (FPCB) [167]. Les inductances parasites sont réduites de 60% avec une densité de puissance multipliée par deux par rapport à son homologue assemblé avec les technologies d’interconnexions usuelles dans sa première version [168].
La réduction des éléments parasites de ces technologies sont notables en comparaison avec le câblage par fils ou rubans. L’utilisation du cuivre a l’avantage de réduire la résistance électrique et thermique. Cependant, le nombre de contacts par puce par rapport aux fils et rubans est inférieur ; il en est de même pour la surface de contact. La conductivité de la structure est meilleure mais la répartition du courant, et donc des points chauds, est dégradée. Malgré une meilleure conduction de la chaleur, aucun élément de dissipation n’est proposé au regard de la structure interconnectique proposée en face supérieure.
Les feuillards embossés ne sont pas isolés électriquement et donc ne permet par un éventuel chemin dissipatif de la chaleur générée ; également à cause des cavités induites par l’embossage du cuivre. La technologie SKiN utilise le polyimide comme isolant électrique des substrats PCB flexibles [169]. Cependant, ce polymère constitue un frein thermique considérable ne laissant pas envisager l’implémentation d’un éventuel dissipateur thermique malgré ses performances et sa stabilité dans les applications à forte puissance [170]. Cette problématique nécessite d’être prise en considération.
Les rubans bimétalliques
Sans parler d’alternative, revenons au câblage avec une solution proposée par Valéo qui consiste à améliorer la technologie par rubans classiques en utilisant un ruban bimétallique (Figure 1.41). Composé d’aluminium et de cuivre, son assemblage à la métallisation aluminium de la puce reste possible par l’utilisation de ce même matériau. Concernant la partie cuivrée du ruban, elle est brasée à un second substrat venant recouvrir l’assemblage [171].
Cette solution de câblage est exposée aux mêmes problématiques que l’évolution du fils. Néanmoins, elle suscite notre intérêt et mérite notre attention du fait d’une innovation particulière en termes d’intégration. Il est intéressant de noter qu’avec une si faible variation, l’assemblage prend une dimension supplémentaire, c’est-à-dire celle d’un module de puissance 3D à dissipation de chaleur double face. Bien que la surface de contact reste faible, les coefficients de dilatation thermique des matériaux sont différents et l’aluminium, l’alliage de brasure et la céramique ont une conductivité thermique plus faible. L’innovation se concentre sur la dissipation double face de la chaleur qui présente un très grand intérêt dans l’intégration des modules de puissance au vue des températures de jonctions élevées possibles des composants à large bande interdite.
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Table des matières
Chapitre 1 : Etat de l’art des technologies de packaging des modules de puissance
1.1 Introduction
1.2 Les convertisseurs de puissance
1.3 Le module de puissance
1.3.1 Les interrupteurs
1.3.1.1 Le fonctionnement et les pertes
1.3.1.2 Les matériaux semi-conducteurs
1.3.1.3 Les technologies de composants
1.3.1.4 Les tendances et perspectives
1.3.2 Les contraintes associées
1.3.2.1 Les éléments parasites
1.3.2.2 La dissipation de la chaleur
1.3.2.3 La fiabilité
1.3.3 Le packaging
1.3.3.1 Les puces
1.3.3.2 Le substrat
1.3.3.3 La semelle
1.3.3.4 Les brasures
1.3.3.5 Les fils de câblage
1.3.3.6 La protection et sureté du module
1.4 Les tendances et évolutions
1.4.1 Les substrats, semelles et dissipateurs
1.4.1.1 Le substrat à brasure active
1.4.1.2 Le substrat-semelle
1.4.2 Les alternatives aux brasures
1.4.2.1 La diffusion
1.4.2.2 Le frittage
1.4.3 L’optimisation du câblage
1.4.3.1 Les fils et matériaux
1.4.3.2 Les rubans
1.4.4 Les différents type d’encapsulant
1.4.4.1 Le gaz
1.4.4.2 La résine
1.5 Les performances et limitations
1.5.1 Les matériaux à large bande interdite
1.5.2 Les interconnexions
1.5.2.1 Les problématiques du câblage
1.5.2.2 Les défauts entre la puce et le substrat
1.5.3 La chaine dissipative
1.5.3.1 Les modes de défaillance du substrat
1.5.3.2 Les jonctions thermiques
1.5.3.3 Les tendances et perspectives
1.6 L’intégration monolithique
1.6.1 Le circuit intégré de puissance
1.6.2 La mutualisation fonctionnelle
1.7 L’intégration hybride
1.7.1 Les brasures, frittages et assemblages par diffusion
1.7.1.1 Le frittage cuivre et nickel
1.7.1.2 Les feuillards embossées et la technologie SKiN
1.7.1.3 Les rubans bimétalliques
1.7.1.4 Les clips
1.7.1.5 Les brasures double face
1.7.1.6 Les macro et micro poteaux
1.7.2 Les dépôts métalliques
1.7.2.1 La technologie SiPLIT
1.7.2.2 Le micro nickelage électrolytique
1.7.2.3 Les micro vias
1.7.3 Les assemblages pressés
1.7.3.1 Les ressorts
1.7.3.2 Le boitier « Press-pack »
1.7.3.3 Les assemblages par contraintes résiduelles
1.8 Le bilan des solutions actuelles
1.9 Conclusion
Chapitre 2 : Fabrication des interfaces structurées
2.1 Introduction
2.2 L’analyse des technologies sélectionnées
2.2.1 La technologie PCB
2.2.1.1 Les feuilles de cuivre
2.2.1.2 Les pré-imprégnés
2.2.1.3 Le laminé
2.2.1.4 Le circuit imprimé
2.2.2 Les nano fils
2.2.2.1 Le procédé de fabrication
2.2.2.2 L’assemblage par enchevêtrement
2.3 La stratégie d’intégration
2.3.1 La méthode d’assemblage
2.3.1.1 Les dépôts bilatéraux
2.3.1.2 Le dépôt unilatéral
2.3.2 L’axe de recherche choisi
2.4 L’étude du procédé électrodéposition
2.4.1 L’électrochimie
2.4.2 L’épaisseur théorique du dépôt
2.4.3 Le profil du courant
2.4.4 La porosité de la membrane
2.4.4.1 Le traitement d’images
2.4.4.2 La masse volumique
2.4.4.3 La discussion des résultats
2.5 L’élaboration du procédé de fabrication
2.5.1 Le matériel et les équipements
2.5.1.1 La solution électrolytique
2.5.1.2 L’anode
2.5.1.3 L’alimentation en courant
2.5.2 La préparation des dépôts
2.5.2.1 Le rodage de l’anode
2.5.2.2 Le contrôle du bain
2.5.3 L’électrodéposition sur puce
2.5.3.1 Les échantillons
2.5.3.2 La description du dispositif expérimental
2.5.3.3 Le dépôt sur échantillons en cuivre
2.5.3.4 Le dépôt sur échantillons en aluminium
2.5.3.5 Le dépôt sur puces semi-conductrices
2.5.3.6 La discussion des résultats
2.5.4 L’électrodéposition sur substrat
2.5.4.1 La description du dispositif expérimental
2.5.4.2 La préparation des substrats
2.5.4.3 L’étude du procédé de dépôt de la nano structure
2.5.4.4 La réalisation de la nano structure
2.5.4.5 L’adhérence des surfaces
2.5.4.6 L’évaluation du dépôt électrolytique
2.5.4.7 L’optimisation du procédé d’électrodéposition
2.6 Conclusion
Chapitre 3 : Assemblage tridimensionnel intégrant les interfaces structurées
3.1 Introduction
3.2 La conception
3.2.1 Le design du substrat
3.2.2 Le principe d’assemblage
3.3 L’analyse préliminaire
3.3.1 La stratégie de l’étude
3.3.2 Les méthodes d’assemblage
3.3.2.1 La nano structure comme interconnexion
3.3.2.2 L’intégration d’une puce semi-conductrice
3.4 La réalisation des prototypes
3.4.1 La préparation des échantillons
3.4.2 L’assemblage par feuille pré-imprégnée
3.4.2.1 L’évaluation de l’épaisseur des pré-imprégnés
3.4.2.2 Le choix de l’épaisseur du diélectrique
3.4.2.3 Le procédé d’assemblage d’une interconnexion
3.4.2.4 L’analyse électrique des prototypes assemblés
3.4.3 L’assemblage avec un laminé
3.4.3.1 La puce ou composant factice
3.4.3.2 La fabrication du laminé diélectrique
3.4.3.3 Le procédé d’assemblage avec une puce
3.4.3.4 L’analyse et comparaison électrique du prototype
3.4.3.5 L’examen et mesures par coupe micrographique
3.5 La caractérisation électrique
3.5.1 Les différentes combinaisons de mesure
3.5.2 La description du dispositif expérimental
3.5.3 L’élaboration du protocole de caractérisation
3.5.3.1 La mesure de résistance par inversion de polarité
3.5.3.2 La thermalisation des échantillons
3.5.4 Les mesures de résistance
3.5.4.1 Les interconnexions
3.5.4.2 Les puces interconnectées
3.5.4.3 L’interprétation des résultats
3.5.5 La thermographie à détection synchrone
3.6 La caractérisation thermique
3.6.1 Le calcul de la résistance thermique surfacique
3.6.2 La première méthode avec les échantillons à substrats unitaires
3.6.2.1 Le principe de la mesure électrothermique
3.6.2.2 Le banc d’essai pour la caractérisation thermique
3.6.2.3 L’analyse du protocole expérimental
3.6.3 La seconde méthode par intégration d’une diode
3.6.3.1 Le substrat avec drains thermiques
3.6.3.2 L’intégration du composant actif
3.7 Conclusion
Conclusion générale
Annexes
1 La nomenclature des combinaisons de mesure
2 La résistance électrique des échantillons intégrant une interface structurée (IS)
2.1 La combinaison volumique
2.2 La première combinaison unilatérale
2.3 La seconde combinaison unilatérale
2.4 La première combinaison bilatérale
2.5 La seconde combinaison bilatérale
3 La résistance électrique des échantillons intégrant une puce interconnectée (PI)
3.1 La combinaison volumique
3.2 La première combinaison unilatérale
3.3 La seconde combinaison unilatérale
3.4 La première combinaison bilatérale
3.5 La seconde combinaison bilatérale
Bibliographie
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