CIFRE - Panel Level Package (PLP) development : interfaces characterization - H/F

A propos de vos missions

En microélectronique, la technologie Panel-Level Packaging (PLP) repose sur la réalisation d'empilements complexes associant différentes couches fonctionnelles, notamment organiques, métalliques et d'encapsulation. La fiabilité de ces architectures dépend non seulement des propriétés de chaque matériau, mais également de la qualité des interfaces qui les séparent. Celle-ci dépend des choix réalisés lors de la fabrication : température de dépôt, préparation de surface, rugosité des couches, utilisation de promoteurs d’adhérence… Néanmoins, à ce jour, les mécanismes physiques et mécaniques à l'origine de l'adhérence entre ces matériaux restent à préciser, tout comme leur évolution sous sollicitation mécanique ou thermomécanique. De fait, des défauts d'interface, une adhérence insuffisante ou l'apparition de contraintes locales sont autant de paramètres pouvant favoriser l'amorçage et la propagation de délaminations, susceptibles de compromettre l'intégrité de l'empilement. Une meilleure compréhension des relations entre les caractéristiques des interfaces, les propriétés mécaniques des couches et les mécanismes d'endommagement apparaît donc essentielle pour fiabiliser les procédés et orienter la conception des empilements. 

Cette thèse vise à développer une approche expérimentale et numérique permettant de caractériser les interfaces des empilements PLP, de comprendre leur comportement mécanique et d'identifier les paramètres gouvernant leur tenue et leur endommagement. Il s'agira notamment de dépasser la seule mesure de l'adhérence pour étudier le rôle de la morphologie des interfaces, des propriétés mécaniques locales et des mécanismes de déformation et de rupture dans la réponse globale de l'empilement. 

Une première partie portera sur la caractérisation des interfaces et de leur état initial, notamment par tomographie aux rayons X, Microscopie Électronique à Balayage (MEB) et, lorsque cela sera pertinent, microscopie à force atomique (AFM). Une attention particulière sera accordée à la morphologie des interfaces, à la présence de défauts et à l'influence des traitements de surface. Une seconde partie sera consacrée au développement et à l'adaptation d'essais mécaniques permettant de solliciter spécifiquement les interfaces. Parmi les essais envisagés, les essais DBC (Double Cantilever Beam) et les essais de flexion 4 points sur éprouvette entaillée semblent être particulièrement adaptés. Le couplage des sollicitations mécaniques à des observations in situ sous MEB ou tomographe permettra de relier les réponses mécaniques mesurées aux mécanismes d'endommagement observés. Une approche multi-échelle sera développée afin de relier les propriétés mécaniques des constituants au comportement des interfaces. L'indentation instrumentée pourra être utilisée pour caractériser localement les propriétés mécaniques des couches, en tenant compte des effets de l'épaisseur, du substrat et de la proximité des interfaces. Grâce à cette technique il est également envisagé d’estimer l’adhérence et la résistance à la délamination par la technique d’indentation par supercouche (superlayer indentation technique). Enfin, la confrontation des caractérisations structurales et des essais mécaniques permettra d'établir des relations entre les paramètres de procédé, l'état initial des interfaces, les modes de rupture et la résistance à la délamination.

Les résultats attendus contribueront à établir une méthodologie expérimentale de caractérisation de la tenue des interfaces et à proposer des critères permettant d'orienter le choix des traitements de surface et des architectures multicouches. 

Ce sujet de thèse est le fruit d’une collaboration entre le laboratoire de mécanique Gabriel Lamé et STMicroelectronics et pourra bénéficier des outils expérimentaux et des compétences de deux plateformes de l’Université de Tours : le CERMEL et le CERTeM.

A propos de vous

Bac +5 en Physique/Matériaux / chimie, connaissance des procédés de la microélectronique, connaissance en physique des semi-conducteurs, rigueur scientifique, autonomie, persévérance.