Étude fondamentale du collage des dissipateurs thermiques dans l'assemblage des modules électroniques

Abstract

Le marché de la microélectronique est caracterisé par le besoin constant d'intégrer davantage de transistors sur un même circuit. Cet objectif a mené à l'un des plus grands défis pour l'amélioration du procédé d'assemblage des modules électroniques: l'évacuation de la chaleur dissipée par les puces électroniques. Pour ce faire, un dissipateur de chaleur, augmentant la surface d'échange de chaleur, est déposé à l'endos de la puce électronique. Afin de minimiser la résistance de contact entre ces deux surfaces, une pâte thermique est introduite entre les deux parois. Cette pâte est généralement dopée de particules métalliques pour augmenter la conductivité thermique de cette interface. Le projet de maîtrise proposé est l'étude fondamentale du procédé d'assemblage du dissipateur thermique. Ce procédé consiste à déposer la pâte thermique, sous forme de gouttelette ou de cordon, sur l'endos de la puce puis à y presser le dissipateur. Ainsi compressée, la pâte est alors forcée de s'étaler. Ce projet de maîtrise vise à mieux comprendre et améliorer ce procédé en établissant les bases théoriques. Les impacts de ce projet sont donc en amont des précédés d'assemblage et de séchage. Bref, le phénomène d'écoulement de l'interface thermique, cordon et gouttelette, est traité en quatre étapes : 1. Étude du problème de base en newtonien 2. Étude de l'influence de la tension de surface 3. Étude de l'influence d'un profil de température 4. Étude de l'influence des particules dopantes L'innovation de ce projet est de développer un modèle mathématique prédisant le comportement de la pâte thermique au cours de l'assemblage. Des modèles 1D et 2D ont été mis au point. Les différents paramètres de l'écoulement ont été établis, permettant de determiner l'épaisseur de l'interface a tout moment du procédé de pressage. Afin d'étendre les conclusions du modèle théorique, une analyse numérique a été réalisée. Il a été conclu qu'il est indispensable de traiter le cas en 2D et que la tension de surface a un effet négligeable sur le procédé. Aussi, il est inutile de chauffer la pâte thermique pour en diminuer la viscosite si le dissipateur et la puce ne sont pas pareillement chauffés. Finalement, en généralisant le modèle en tenant compte du dopage en particules, les mêmes conclusions ont été obtenues en plus de déterminer que le modèle newtonien sous-évalue la vitesse de descente du dissipateur de plus de deux ordres de grandeur au début du procédé. Cette correction s'intensifie avec l'augmentation de la fraction volumique de particules.