Variation de la plasticité en fonction de la géométrie

Les résultats de la déformation plastique en fonction de la géométrie avec une épaisseur fixe du cuivre 1 (8µm) et sans couche de cuivre 2 sont présentés à la figure 5.10. Ces résultats montrent que la géométrie G3 présente la plus faible valeur de déformation plastique et que la géométrie G1 a la plus grande valeur de déformation plastique avec une augmentation d’environ 16%. On remarque aussi qu’avec la géométrie 3 on a une distribution plus impor-tante de la déformation plastique sur le côté droit et gauche de l’anneau. Cependant avec les autres géométries le maximum de déformation (zone jaune) est concentré sur les coins de l’anneau.

Résultats et discussion 77

(a) Déformation plastique sur la géométrie 1 et 2

(b) Déformation plastique sur les géométrie 3 et 4

78 CHAPITRE 5. SIMULATION DES FILTRES SAW

5.5.3 Influence des facteurs

Fig. 5.11 – Influence des paramètres

La figure 5.11 présente les coefficients centrés relatifs aux trois paramètres étudiés : épais-seur du cuivre1, épaisépais-seur du cuivre2 et géométrie de l’anneau. On peut déduire que les paramètres les plus influents sont l’épaisseur du cuivre 1 et la géométrie (G1 et G3).

D’après le graphe de la figure 5.11 :

– Avec la géométrie 1 la déformation plastique augmente – Avec la géométrie 3 la déformation plastique diminue

– Augmenter l’épaisseur du cuivre 1 diminue la déformation plastique

L’influence de l’épaisseur du cuivre 2 et des géométries (G2 et G4) est considérée insignifiante. Ainsi augmenter l’épaisseur du cuivre1 et utiliser la géométrie 3 permet d’avoir les valeurs les plus faibles de la déformation plastique. Cette évaluation statistique est réalisée à l’aide du logiciel Modde (Umetrics).

5.6 Essais expérimentaux

Afin de pouvoir comparer les géométries, des tests réels avec des cycles thermiques TMCL (-40°C +125°C) ont été réalisés avec les différentes géométries (G1, G2, G3, G4) et avec les épaisseurs de cuivre suivantes (Cu1=8µm ; Cu2=0). Les résultats ont révélé une résistance plus importante avec la géométrie 3. Ceci confirme les résultats de simulation qui indiquent que les plus faibles défomations plastiques sont aussi avec la géométrie 3 et que cette géométrie résiste mieux aux contraintes thermomécaniques.

Conclusion 79

5.7 Conclusion

Les résultats de simulation thermomécanique ont montré que la zone la plus critique est celle en contact avec l’étain. Les essais réalisés sur différentes géométries et la variation de l’épaisseur du cuivre ont permis de déterminer la géométrie qui permet de réduire cette déformation plastique. Les résultats de simulation concernant le choix de la géométrie ont été confirmés par des tests expérimentaux en utilisant des cycles thermiques réalisés sur les quatre géométries. Ainsi avec la géométrie 3, on a les déformations plastiques les plus faibles. La géométrie 1 est la plus fragile aux contraintes thermomécaniques. D’autre part les résultats de simulation ont montré qu’augmenter l’épaisseur du cuivre 1 permet de réduire la déformation plastique. L’influence de l’épaisseur du cuivre 2 est considérée insignifiante. D’autres configurations pourraient être évaluées par des simulations en utilisant des modèles à deux dimensions pour tenir compte de l’effet des intermétalliques, qui se forment d’une part à l’interface entre l’étain et le cuivre et d’autre part entre l’étain et le nickel, ainsi qu’une évaluation des risques du moulage des filtre SAW.

81

Chapitre 6

Simulations du moulage de

composants MEMS : TFEAR

6.1 Introduction

Lors de l’assemblage des circuits dans des boîtiers, plusieurs étapes sont réalisées parmi lesquelles l’étape de moulage. Cette étape consiste à encapsuler le circuit dans une résine durcie qui permet de le protéger des chocs externes.

Le moulage du boîtier est réalisé sous pression (environ 90 bars) et à une température élevée (environ 180°C). Ces conditions pourraient provoquer des défaillances, notamment des risques de rupture du silicium.

Les composants MEMS à cavité sont des composants vulnérables. On les insère dans des boîtiers électroniques afin d’assurer leur protection et leurs performances. Dans cette étude un composant MEMS TFEAR (Thin Film Elongation Acoustic Resonator) est encapsulé dans un boîtier HVQFN.

Les boîtiers HVQFN (Heatsink Very-thin Quad Flat-pack No-Leads) sont des boîtiers éléctroniques utilisés pour assurer la protection et la connexion d’un circuit électronique ou d’un microsystème MEMS ( Micro-Electro-Mechanical Systems).

Cette étude se situe dans le cadre de l’évaluation de la tenue mécanique d’un système de protection d’un composant MEMS mis dans un boîtier sous l’effet des conditions de moulage. L’objectif est d’évaluer le risque de flexion et de fissure du système de protection du composant MEMS.

6.2 Composant étudié

Le composant TFEAR est un composant MEMS. Comme le montre la figure 6.1, il est composé d’une poutre horizontale placée dans une cavité. Ce composant est assemblé dans

82 CHAPITRE 6. SIMULATION DU MOULAGE un boîtier HVQFN (figure 6.2a).

Fig. 6.1 – Composant TFEAR

A la figure 6.2b on peut voir le dispositif de protection du MEMS en coupe. En partant du bas, on a un substrat en cuivre qui correspond à la grille de connexion du boîtier d’une épaisseur d’environ 70 µm. Sur ce substrat on dépose le substrat de silicium (épaisseur 250µm) puis un anneau de colle puis une couche de silicium (épaisseur variable de 150 µm à 250µm) qui correspond au capot du MEMS.

La tenue à une hauteur fixe du capot est assurée grâce à quatre billes en or (bossage ou « stud bump ») déposés sur les quatre coins de l’anneau de colle. Le « stud bump » est formé grâce au fil de cablage. Deux tailles de « stud bumps » sont utilisées :

1. Le premier à base d’un fil de diamètre : 17,5µm ; après l’étape de thermo-compression on a une bille d’environ 15 µm de hauteur.

2. Le deuxième à base d’un fil de diamètre : 33µm ; après l’étape de thermo-compression on a une bille d’environ 27 µm de hauteur.

Le composant est enfin encapsulé par une couche de résine.

(a) HVQFN (b) Composant HVQFN en coupe

Fig. 6.2 – boîtier du TFEAR

Paramètres 83 lettres (XL, L, M, S) (Tableau 6.1) sont reportés sur une plaque de silicium. La disposition de ces tailles est présentée à la figure 6.3. Ces composants sont ensuite individualisés et assemblés dans des boîtiers HVQFN.

Fig. 6.3 – Capots de silicium assemblés sur une plaque de silicium