Cette étude constitue une contribution dans un grand projet européen dénommé : 3DICE (3D Integration of Chips using Embedding technologies). La fiabilité mécanique et thermomécanique des composants 3D a été étudiée par des essais normalisés et des simulations numériques. L’essai de chute et le cyclage thermique ont été sélectionnés pour la présente étude. Des analyses de défaillance sont menées pour compléter les approches expérimentales. Les propriétés mécaniques des éléments constituant les composants ont fait l’objet d’une compagne de caractérisation complétée par des recherches bibliographiques. Les simulations numériques, dynamiques transitoires pour l’essai de chute et thermomécanique pour l’essai de cyclage thermique, ont été réalisées pour une estimation numérique de la tenue mécanique des composants. Les modèles numériques sont utilisés pour optimiser le design des composants et prédire les durées de vie en utilisant un modèle de fatigue. / This work establishes a contribution in an important European project mentioned 3DICE (3D Integration of Chips using Embedding technologies). The mechanical and thermomechanical reliability of 3D microelectronic components are studied by employing standardized tests and numerical modeling. The board level drop test and thermal cycling reliability tests are selected for this study. Failures analysis has been used to complete the experimental study. The mechanical properties of elements constituting the microelectronic components were characterized using DMA, tensile test and nanoindentation. Bibliographical researches have been done in order to complete the materials properties data. Numerical simulations using submodeling technique were carried out using a transient dynamic model to simulate the drop test and a thermomechanical model for the thermal cycling test. Numerical results were employing in the design optimization of 3D components and the life prediction using a fatigue model.

At present there are different reliability standards that are being used for carrying out reliability prediction. They take into consideration different factors, environments and data sources to give reliability data for a wide range of electronic components. However, the users are not aware of the differences between the different reliability standards due to the absence of benchmarks of the reliability standards that would help classify and compare between them. This lack of benchmark denies the users the opportunity to have a top-down view of these different standards and choose the appropriate standard based on qualitative judgement in performing reliability prediction for a specific system. To addres this issue, the benchmark of a set of reliability standards are developed in this dissertation. The benchmark helps the users of the selected reliability standards understand the similarities and differences between them and based on the evaluation criterion defined can easily choose the appropriate standard for reliability prediction in different scenarios. Theoretical reliability prediction of two electronic products in Bombardier is performed using the standards that have been benchmarked. One of the products is matured with available incident report from the field while the other is a new product that is under development and yet to enter in service. The field failure data analysis of the matured product is then compared and correlated to the theoretical prediction. Adjustment factors are then derived to help bridge the gap between the theoretical reliability prediction and the reliability of the product in field conditions. Since the theoretical prediction of the product under development could not be used to compare and correlate any data due to unavailability, instead, the accelerated life test is used to find out the product reliability during its lifetime and find out any failure modes intrinsic to the board. A crucial objective is realized as an appropriate algorithm/model is found in order to correlate accelerated test temperature-cycles to real product temperature-cycles. The PUT has lead-free solder joints, hence, to see if any failures occurring due to solder joint fatigue has also been of interest. Additionally, reliability testing simulation is a performed in order to verify and validate the performance of the product under development during ALT. Finally, the goal of the thesis is achieved as separate models are proposed to predict product reliability for both matured products and products under development. This will assist the organization in realizing the goal of predicting their product reliability with better accuracy and confidence. / För närvarande finns det olika tillförlitlighetsstandarder som används för att utföra tillförlitlighet förutsägelse. De tar hänsyn till olika faktorer, miljöer och datakällor för att ge tillförlitlighetsdata för ett brett spektrum av elektronikkomponenter. Men användarna inte är medvetna om skillnaderna mellan de olika tillförlitlighetsstandarder på grund av avsaknaden av riktmärken för tillförlitlighetsstandarder som skulle hjälpa klassificera och jämföra mellan dem. Denna brist på jämförelse förnekar användarna möjlighet att få en top-down bakgrund av dessa olika standarder och välja lämplig standard baserad på kvalitativ bedömning att utföra tillförlitlighet prognos för ett specifikt system. För att lösa detta problem, är riktmärket en uppsättning av tillförlitlighetsstandarder som utvecklats i denna avhandling. Riktmärket hjälper användarna av de utvalda tillförlitlighetsstandarder förstå likheter och skillnader mellan dem och på grundval av bedömningskriteriet definieras kan enkelt välja lämplig standard för pålitlighet förutsägelse i olika scenarier. Teoretisk tillförlitlighet förutsäga två elektroniska produkter i Bombardier utförs med hjälp av standarder som har benchmarking. En av produkterna är mognat med tillgängliga incidentrapport från fältet, medan den andra är en ny produkt som är under utveckling och ännu inte gå in i tjänsten. Analysen av den mognade produkten fält feldata jämförs sedan och korreleras till den teoretiska förutsägelsen. Justeringsfaktorer sedan härledas för att överbrygga klyftan mellan den teoretiska tillförlitlighet förutsägelse och tillförlitligheten av produkten i fältmässiga förhållanden. Eftersom den teoretiska förutsägelsen av produkt under utveckling inte kan användas för att jämföra och korrelera alla data på grund av otillgängligheten, i stället är det accelererade livslängdstest som används för att ta reda på produktens tillförlitlighet under dess livstid och reda ut eventuella felmoder inneboende till styrelsen . Ett viktigt mål realiseras som en lämplig algoritm /modell finns i syfte att korrelera accelererade provningen temperaturcykler på verkliga produkttemperatur cykler. PUT har blyfria lödfogar därmed att se om några fel inträffar på grund av löda gemensam trötthet har också varit av intresse. Dessutom är tillförlitlighet testning simulering en utförs för att verifiera och validera produktens prestanda under utveckling under ALT. Slutligen är målet med avhandlingen uppnås som separata modeller föreslås att förutsäga produktens tillförlitlighet för både förfallna och produkter under utveckling. Detta kommer att hjälpa organisationen att förverkliga målet att förutsäga deras tillförlitlighet med bättre noggrannhet och förtroende.