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The paper presents the impact of thermal cycling frequency on the lifetime of IGBT power module. The first part will be devoted to a quick presentation of the test bench. Then, the test protocols will be detailed as well as the measurement protocol to characterise the ageing of the power module wirebonds. An important part will be devoted to the results of ageing. Before concluding, mechanical tensile tests on bondwires will complete the ageing tests.

Ce poster présente un premier essai d'approche numérique du vieillissement des wirebonds dans les modules de puissance à semi-conducteurs qui tient compte des différents mécanismes de couplage multi-physiques qui se produisent au cours de la vie du composant. Les interactions électro thermiques et thermomécaniques sont décrites physiquement et modélisées numériquement. Les calculs montrent d'importantes déformations viscoplastiques dans les zones de connexion et au niveau des fils de bonding dès les premiers cycles de chargement. Une stabilisation quasi-cyclique des états mécaniques et thermiques est observée à plus de cent cycles (accomodation viscoplastique). Les mécanismes d'endommagement par fluage-fatigue deviennent alors prépondérants en induisant des couplages mécaniques-électriques.

Generally, studies on ageing of power module have very often sought to write phenomenological laws able to give an estimate of their lifespan. These laws, identified experimentally, are empirical functions of the characteristic electrical loads that the component must withstand. As an alternative, this paper presents a first attempt of numerical approach for wire bond ageing in semiconductor power modules that takes account for the different multi-physical coupling mechanisms that occur during the component life. The electro-thermal and thermo-mechanical interactions are physically described and numerically modeled. The calculations show important viscoplastic strains in the connection zones and bonding wires from the first loading cycles. A quasi-cyclic stabilization of the mechanical and thermal states is observed at more than a hundred cycles (viscoplastic shakedown). The creep-fatigue damage mechanisms become then preponderant inducing mechanical-electrical couplings.

The objective of this paper is to present an energy damage criterion for cohesive zone models (CZM) within the framework of the non-linear thermodynamics of irreversible processes (TIP). An isotropic elastic damageable material is considered for isothermal transformations. Damage is then the only irreversible effect accompanying the deformation process and this mechanism is supposed to be fully dissipative. Once a separation law and a damage state variable have been chosen, the paper shows that the damage criterion can be automatically derived from the energy balance. From this observation, a CZM is derived for a given choice of traction-separation law and damage state variable and the quality of its numerical predictions is analyzed using an experimental benchmark bending test extracted from literature. Finally, damage, elastic and dissipated energy fields around the crack path are shown during this rupture test.