Thèses


Thèse CNES / THALES ALENIA SPACE / CIMULEC

Thèse-300x257Démarrage : Octobre 2015.

Doctorant : Gautier GIRARD

Sujet de la thèse : Caractérisation et modélisation thermo-mécaniques de structures circuits imprimés complexes destinées aux applications spatiales radiofréquences et micro-ondes.

Les circuits imprimés jouent un rôle prépondérant dans la réalisation des équipements électroniques. Ils permettent l’ensemble des interconnexions des différents composants nécessaires au fonctionnement du système électronique. Leur qualité et leur fiabilité sont des éléments essentiels à prendre en compte dès la phase de conception.

La mixité des matériaux en présence (polymères, fibres de verre, métaux, …) fait des circuits imprimés des structures composites complexes  avec un comportement en chargement thermomécanique difficile à appréhender, pouvant engendrer différents modes de défaillance au cours de la vie de l’équipement électronique.

Dans les applications spatiales hyperfréquences, et pour répondre aux exigences de performances électriques, cette mixité est exacerbée par la combinaison, pour une même structure, de différentes natures de polymères (thermoplastique et thermodurcissable).

Au fil des ans, les besoins d’amélioration des performances électriques et d’augmentation du niveau d’intégration dans les circuits multicouches ont conduit à une complexité accrue avec, de plus, un panel de matériaux disponibles chez les fournisseurs large et en constante évolution, pour un nombre de pièces produites relativement réduit par rapport aux circuits pour applications Basses Fréquences. Dans ces conditions, la mise en place de nouvelles générations de circuits imprimés pour applications hyperfréquences avec un haut degré de fiabilité est très délicate.

Dans ce contexte, le sujet de thèse proposé a pour objet de caractériser et modéliser le comportement des circuits imprimés en fonction de tous les paramètres ayant une influence sur leur fiabilité. Les résultats permettront d’améliorer la conception et la fiabilité des futurs circuits imprimés micro-ondes et radio fréquences utilisés en environnement spatial, en mettant en lumière les configurations critiques ou encore les incompatibilités potentielles.

Expérimentalement, il a été observé deux causes de défaillance possibles : rupture des futs métallisés et décohésion au niveau des interfaces.

Un point important est de bien définir le comportement des matériaux constitutifs, par exemple pour le cuivre électrolytique déposé. En effet, le cuivre électrolytique est le matériau à l’origine de la première cause de défaillance dans les futs métallisés des circuits imprimés.

Cette thèse comporte un volet essais mécaniques en chargement cyclique pour définir ce comportement pour un mode de chargement proche de celui vécu par le cuivre dans les circuits imprimés.

Dans un deuxième temps, la décohésion des interfaces au niveau des différents matériaux constituant l’assemblage sera pris en compte. Par la décohésion des interfaces, les zones de fortes concentrations de contraintes peuvent évoluer spatialement, modifier les déformations plastiques cumulées lors des cycles et donc influer sur la durée de vie des circuits.

Le développement des moyens de calcul et d’outils performants permet aujourd’hui de traiter finement des modèles de circuits imprimés en 3 dimensions. Le projet permettra aussi de voir si l’utilisation des simulations 3D, très coûteuses en temps de calculs, est nécessaire ou si des modèles 2D bien adaptés suffisent.