Conception, fabrication et caractérisation d'un système de refroidissement par chambre à vapeur intégrée pour Fan-Out Wafer Level Packages (FOWLP) à haute densité

Contexte :

Les technologies de packaging avancées sont cruciales pour l'évolution de la microélectronique, améliorant les performances grâce à l'intégration hétérogène. Les méthodes traditionnelles peinent à répondre aux exigences de l'informatique haute performance, de l'IA, de l'aérospatiale et de la défense. Le Fan-Out Wafer-Level Packaging (FOWLP) a récemment suscité une attention croissante en raison de sa capacité d'intégration hétérogène 3D élevée, de son faible encombrement, de ses modules minces et de son nombre élevé d'interconnexions (I/O). Cependant, ces applications peuvent nécessiter un empilement dense de fines couches de silicium, ce qui peut entraîner des problèmes de gestion thermique. En effet, les puces minces en silicium exacerberont l'effet de point chaud en raison de capacités de dissipation limitées et le composé de moulage contribuera à isoler thermiquement les puces empilées. En outre, il est difficile de fixer un dissipateur thermique à de tels dispositifs pour la dissipation de la chaleur en raison de l'espace limité. Pour cela, nous proposons ce projet de thèse pour développer de nouvelles solutions de refroidissement intégrées pour extraire efficacement la chaleur dans un Fan-Out Wafer-Level Packaging à haute densité.

Sujet :

Ce sujet de thèse vise à développer une solution de refroidissement par chambre à vapeur pour la microélectronique à haute puissance. Il s'agit de concevoir un modèle thermomécanique et fluidique, d'optimiser les structures à effet de mèche pour éviter le dessèchement, de fabriquer la chambre à vapeur à l'aide de techniques avancées de microfabrication et de caractériser ses performances thermiques. La personne retenue sera en charge de (i) développer un modèle analytique global pour la résistance thermique au niveau du package (ii) concevoir et simuler le comportement thermomécanique et fluidique de la chambre à vapeur, (iii) fabriquer la chambre à vapeur à l'aide de techniques de microfabrication, notamment la gravure Si et le collage direct des plaquettes, (iv) monter un banc de tests et de caractériser les performances thermiques en utilisant éléments chauffant comme source de chaleur, (v) intégrer la chambre à vapeur optimisée dans un package réel et évaluer sa fiabilité. À la fin de cette thèse, l'étudiant aura établi une nouvelle technologie de refroidissement passive avec des performances optimales compatibles avec le processus FOWLP à haute densité.

Environnement de travail :

Dans le cadre de projet d’alliance IBM/CRSNG sur l’Intégration hétérogène multipuces pour le calcul haute performance, cette thèse sera réalisée sous la co-direction et la collaboration du Pr. Amrid Amnache, Pr. Luc Fréchette et du Pr. Nooshin Karami, Le travail sera effectué principalement à l’Institut Interdisciplinaire d’Innovation Technologique (3IT) de l’Université de Sherbrooke et au Centre de Collaboration MiQro Innovation (C2MI) à Bromont. Le 3IT est un institut unique au Canada, spécialisé dans la recherche et le développement de technologies innovantes pour l’énergie, l’électronique, la robotique et la santé. Le C2MI est un centre international de collaboration et d’innovation dans le secteur des MEMS et de l’encapsulation. Il est le maillon essentiel entre la recherche appliquée et la commercialisation de produits de la microélectronique. L’étudiant(e) bénéficiera ainsi d’un environnement de recherche exceptionnel alliant étudiants, professionnels, professeurs et industriels travaillant main dans la main au développement des technologies du futur.

Profil recherché :

• Détenir une maitrise en génie mécanique , en micro/nanotechnologie ou dans des domaines connexes.
• Bonne expérience en modélisation thermique, transfert de chaleur et dynamique des fluides.
• Connaissance des outils de simulation numérique (COMSOL, ANSYS ou similaire).
•  Expérience pratique en caractérisation thermique expérimentale.
•  Facilité à communiquer en anglais ou en français tant à l’oral qu’à l’écrit 
• Forte capacité d’adaptation, d’autonomie et de travail en équipe
• Goût prononcé pour la conception, le travail expérimental en salle blanche, la recherche et le développement.
• Atouts : Connaissances en procédés de microfabrication et intégration, packaging microélectronique avancé