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IMMC

Vincent Voet
PhD student
Ir. at UCL in 2019
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Main project: Vieillissement thermomécanique des brasures d'assemblage de composants électroniques pour applications spatiales
Funding: TAS/Région Wallonne
Supervisor(s): Aude Simar, Thomas Pardoen

Les développements d’électroniques pour applications spatiales nécessitent de garantir une durée de vie de 15 ans avec une probabilité d’échec très faible. L’objet de la recherche sera d’établir des outils de conception permettant l’analyse préalable du comportement en fatigue de ces équipements électroniques. La fatigue des circuits électroniques est dominée par la rupture des brasures des composants montés sur circuits imprimés. Une fois solidaires du circuit imprimé, les brasures subissent tout au long de leur vie des contraintes thermomécaniques liées entre autres à l’inhomogénéité des différents coefficients de dilatation thermique des matériaux qui constituent le montage. Chaque composant combiné à chaque type de report doit donc être caractérisé en vieillissement. Cette caractérisation consiste à réaliser des centaines de cycles thermiques en étuve. Ces essais de vieillissement accélérés prennent plusieurs mois et sont coûteux d’où le besoin de pouvoir estimer les probabilités d’échec ou de succès de façon anticipée.
Cette évaluation permettra de donner un intervalle de confiance sur le succès ou l’échec de la qualification d’un nouveau report de composant ou de l’extrapolation d’un report qualifié dans un environnement étendu. La construction de ces outils sera basée sur de la caractérisation par plans d’expériences physiques ou virtuels et de l’analyse de données relatives aux essais déjà réalisés dans le passé par Thalès Alenia Space.
L’analyse des mécanismes et conditions de fissuration impliquera notamment: Métallurgie des brasures SnPb en lien avec les paramètres de fabrication; Identification de lois de comportement thermoviscoplastiques des brasures SnPb à l’aide de la nanoindentation instrumentée; Calcul, par méthodes numériques, des champs de contraintes dans les composants et les brasures, provoqués par l’inhomogénéité des coefficients de dilatation thermique des constituants sur base du modèle constitutif choisi, de la géométrie locale de la soudure et des paramètres identifiés ;Identification des mécanismes de propagation de fissures et identification des liens avec la géométrie et la métallurgie ; en particulier, un élément clé est de pouvoir déterminer la part prise par la phase d’initiation versus propagation des fissures, dans le but éventuel de justifier qu’une des deux puisse être négligée. Dans ce cadre, il est prévu de générer des soudures avec des défauts artificiels contrôlés afin de voir leur impact sur le processus d’initiation de la fissuration, et de le quantifier. L’utilisation de la microtomographie exploitant aussi la corrélation d’image volumique sera un élément important à ce niveau; Vieillissement des brasures sur base des lois de vieillissement établies ; Quantification des incertitudes par approche statistique et probabilité à partir des données expérimentales et également par variation des paramètres clés dans leur plage d’incertitude (défauts géométriques, variations des paramètres constitutifs, présence des pré-défauts, variations de T° extrêmes, etc); Estimation d’un intervalle de confiance préalable de succès ou d’échec des essais envisagés.

IMMC main research direction(s):
Processing and characterisation of materials
Solid mechanics

Keywords:
welding and joining

Research group(s): IMAP