Soutenance de thèse de Souhila BOUZERD

Composition du jury :

M. Cyril BUTTAY,  Directeur de recherche, CNRS
M. Loic THEOLIER, Maître de conférences HDR, Université de Bordeaux
M. Paul-Etienne VIDAL, Professeur des Universités, École Nationale d’ingénieurs de Tarbes
M. Adrien VOLDOIRE, Maître de conférences, CentraleSupéléc-Université Paris-Saclay  

 

 

Mots clés : Délaminage, Indicateur d’endommagement, Détection électrique, Assemblage 3D, Joint métallique, Semi-conducteurs à large bande interdite.

 

 

Résumé :

L’adoption croissante des composants de puissance à large bande interdite (WBG) a conduit au développement d’architectures de modules 3D compactes, combinant forte densité de puissance et capacités de commutation rapide, ce qui nécessite des stratégies d’assemblage adaptées. Exploiter pleinement les composants WBG implique de repenser les structures d’assemblage afin de maîtriser les forts gradients de courant et de température induits par les vitesses de commutation élevées, conduisant à des conceptions 3D compactes reposant sur l’intégration de puces enfouies dans un substrat PCB et sur un refroidissement à air forcé double face. Cette évolution technologique vise à évaluer la robustesse des choix technologiques. Cependant, les méthodes de diagnostic conventionnelles demeurent insuffisantes pour détecter l’initiation du délaminage des joints de brasure dans ces architectures électrothermiques optimisées. Cette thèse propose ainsi une méthode électrique non destructive basée sur des mesures de différences de potentiel. Des simulations par éléments finis sont réalisées afin d’évaluer la sensibilité de la méthode ainsi que l’influence de paramètres discriminants tels que la géométrie et les matériaux. Sur la base de ces résultats, des prototypes dédiés intégrant des taux de délaminage contrôlés aux coins des joints de brasure sont développés, mettant en évidence une sensibilité accrue à de faibles taux de délaminage par rapport aux méthodes traditionnelles. Enfin, une optimisation du routage cuivre du PCB est introduite afin d’améliorer la robustesse et la fiabilité de la méthode de diagnostic proposée pour les modules de puissance WBG 3D.

 

Keywords : Delamination, Damage indicator, Electrical detection, 3D Packaging, Metal-Metal joint, Wide bandgap semi-conductors.

 

Abstract : 

The growing use of wide-bandgap (WBG) power devices has led to compact 3D power module architectures combining high power density and fast switching capabilities, which require adapted packaging strategies. Fully exploiting WBG devices implies rethinking assembly structures to manage the high current and temperature gradients induced by high switching speeds, leading to compact 3D designs based on PCB-embedded chips and double sided forced-air convective cooling. This technological evolution aims to assess the robustness of technological choices for new WBG assembly models. However, conventional diagnostic methods remain insufficient to detect the initiation of solder joint delamination in such optimized electrothermal architectures. This thesis therefore proposes a non-destructive electrical method based on potential difference measurements. Finite element simulations are performed to evaluate the method sensitivity and the influence of geometry and material parameters. Based on these results, dedicated prototypes with controlled delamination at solder joint corners are developed, demonstrat ing higher sensitivity to low delamination rates than traditional methods. An optimized PCB cop per routing is finally introduced to enhance the ro bustness and reliability of the proposed diagnostic approach for 3D WBG power module assemblies.