Numerical modelling of a high temperature power module technology with SiC devices for high density power electronics

This paper presents the development of a new packaging technology using silicon carbide (SiC) power devices. These devices will be used in the next power electronic converters. They will provide higher densities, switching frequencies and operating temperature than current Si technologies. Thus the new designed packaging has to take into account such new constraints. The presented work tries to demonstrate the importance of packaging designs for the performance and reliability of integrated SiC power modules. In order to increase the integrated density in power modules, packaging technologies consisting of two stacked substrates with power devices and copper bumps soldered between them were proposed into two configurations. Silver sintering technique is used as die-attach material solution. In order to assess the assembling process and robustness of these packaging designs, the thermo-mechanical behaviour is studied using FEM modelling. Finally, some recommendations are made in order to choose the suitable design for reliable power module

Towards a reliability analysis method of wide band gap power electronic components and modules

This study is addressing on the reliability of COTS (Commercial Off-The-Shelf) power electronic components and modules which could be used in high reliability systems such as aerospace systems. This paper details the first followed steps to achieve a reliability assessment of some COTS power devices. These first steps are: - Construction analyses for the determination of the packaging assembly technologies of COTS power devices; - Discussion on the material used in COTS power devices; - Synthesis of the potential failure risk analysis under harsh environments; - Determination of several accelerated ageing tests to check the potential failure modes and mechanisms in power electronic for aerospace systems

Etude du comportement mécanique des joints de brasure Au-Ge pour le report des composants SiC pour l’électronique de puissance haute température

Ce papier contribue à l'étude de nouvelles technologies d’assemblage des puces en SiC utilisées dans les modules de puissance hautes températures (250°C). En effet, parmi tous les matériaux entrant dans l’assemblage de ces modules de puissance, le matériau de report des puces sur les substrats fait partie des matériaux les plus susceptibles aux contraintes thermomécaniques. Ainsi, pour répondre aux problématiques d'assemblage de ces puces en SiC, de nouvelles solutions de brasure doivent être développées. L’alliage de brasure Au-Ge peut être utilisé comme alliage de brasure sans plomb pour la haute température grâce à ses bonnes propriétés thermiques et mécaniques. Dans cet article, l’étude du comportement mécanique des joints formés avec la brasure Au-Ge et les puces en SiC, a été réalisée dans le but d’évaluer la robustesse et la fiabilité de ces jonctions en haute température

Study of packaging reliability of two SiC Schottky diodes of power electronic

This study deals with reliability methods developed for power electronic devices dedicated to the aerospace industry, because the reliability is a key issue for safe aerospace applications. Based on end-user requirements, eight different types of non-hermetic power electronic components in standard plastic package have been selected from the commercial marketplace, in particular Si and SiC power electronic devices. These devices are COTS (Component Off The Shelf). The main failure modes and mechanisms expected have been highlighted in specific environments in accordance with the literature. They will be presented in the final paper

Sn3.0Ag0.5Cu solder joints lifetime estimation for electronic assemblies under random vibration

1-4 septembre 2008International audienc

Modelling of Sn3.0Ag0.5Cu thermo-mechanical behaviour by a continuum damage approach

International audienc

Durability modelling of a BGA component under random vibration

20-23 April 2008International audienceThis study introduces a computation method to assess damage in electronic solder joints under random vibration. It addresses full 3D dynamic behaviour of electronic board. Finite Element Modelling (FEM) of electronic BGA (Ball Grid Array) and CGA (Column Grid Array) packages assemblies are developped and adjusted with experimental modal identification of the test board. Vibration FEM simulations are performed to calculate stress transfer functions of critical solder joints. Then, solder joint time-stress responses due to an input random excitation of the board are generated. Stress range distributions are established from rainflow counting. Finally, linear damage computation is done and compared with experimental results by using an empirical damage law. The potential and the limitation of this method are discussed

Comportement mécanique et fatigue oligocyclique de l'alliage sans plomb Sn-3,0Ag-0,5Cu Modélisation viscoplastique avec écrouissage cinématique non linéaire et endommagement

National audienceLes modèles d'endommagement continu permettent de connaître l'état d'endommagement des matériaux à tout instant et donc de prédire le comportement en fatigue. Un modèle d'endommagement continu est proposé pour l'alliage Sn3,0Ag0,5Cu en fatigue oligocyclique. Ce modèle permet de modéliser le comportement mécanique cyclique et l'endommagement de fatigue des brasures. Le modèle est identifié en cisaillement pur, principal mode de sollicitation des joints brasés sous cycles thermiques. Les simulations numériques montrent une bonne corrélation avec les résultats expérimentaux pour le comportement non endommagé. Les résultats de la modélisation de l'endommagement mettent en évidence les limites du modèle actuel

Perspectives in ¹H, ¹⁴N and ⁸¹Br solid-state NMR studies of interfaces in materials textured by self-assembled amphiphiles

1H solid-state NMR is becoming a routine characterisation tool. In the case of materials textured by self-assembled amphiphile molecules, we present a multi-scale characterisation approach, which can be easily implemented in most recent spectrometers. Valuable information on the interfaces between amphiphile molecules and oxide-based networks is obtained through this approach, as shown in some selected examples: block copolymers, hybrid siloxane membranes, and mesoporous microspheres obtained from spray-drying. We also present new results on 14N and 81Br solid-state NMR and discuss the applicability of direct or indirect proton-detected experiments to the study of mesoporous materials textured by cationic surfactants. La RMN 1H à l’état solide est en passe de devenir un outil de caractérisation de routine. Dans le cas de matériaux texturés par des molécules amphiphiles auto-organisées, nous présentons une approche de caractérisation multi-échelles facile à mettre en œuvre sur la plupart des spectromètres récents. Des informations pertinentes sur les interfaces entre molécules amphiphiles et réseaux à base d’oxydes peuvent être obtenues avec cette approche, comme nous le montrons pour une sélection d’exemples : copolymères à blocs, membranes siloxane hybrides et microsphères mésoporeuses obtenues par atomisation-séchage. Nous présentons aussi de nouveaux résultats sur la RMN 14N et 81Br à l’état solide et discutons la pertinence d’expériences avec détection directe ou indirecte (1H) pour l’étude de matériaux mésoporeux texturés par des tensio-actifs cationiques