On the investigation of experimental and numerical methods to characterise the fracture behaviour of epoxy resins : an approach to prevent failure in electronic component - Université Polytechnique des Hauts-de-France Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2007

On the investigation of experimental and numerical methods to characterise the fracture behaviour of epoxy resins : an approach to prevent failure in electronic component

Sur la mise en œuvre de méthodes expérimentale et numérique pour caractériser le comportement en rupture des résines époxy : une approche pour prévenir la défaillance de composants électroniques

Résumé

Prediction of crack growth in encapsulating material has a critical issue on the reliability of electronic components. To prevent the risk of material rupture or to extend the lifetime of these structures, experimental and numerical methods are developed within the context of linear elastic fracture mechanics. The present study proposes to extend techniques to epoxy resins. First, an experimental procedure using compact tension (CT) specimens is applied to characterise the fracture toughness of epoxy resins. This technique is then used to compare different epoxy resins and to quantify effects due to presence of filler particles. Then, a method is proposed to determine a fracture criterion for cracks under mixed mode loading. Experiments enable to extract the direction of crack propagation for given proportions of tensile and shear loading. Based on finite element methods, a numerical analysis is used to calculate the direction of crack propagation. A comparison between experimental and numerical results confirms the capability of FE codes to predict curved crack path. As well, fatigue crack growth is investigated with CT specimens under cyclic loading. Material parameters are identified in accordance with the Paris law. With the help of the commercial software Zencrack, a crack propagation can be simulated by a sequential approach, in which the crack length is updated step by step. 2D and 3D models are generated. The influence of the crack curvature through the thickness is described. On that purpose, a modified Paris law is proposed. The simulated crack propagation provides excellent agreements with experimental measurements
La fiabilité des composants électroniques est parfois détériorée à cause de la propagation de fissures dans les matériaux de protection. Pour anticiper les risques de rupture et améliorer la durée de vie de ces structures, des méthodes expérimentales et numériques sont développées dans le cadre de la mécanique de la rupture linéaire élastique. La présente étude propose d’appliquer ces techniques aux résines époxy. Une procédure expérimentale est mise en place afin de caractériser la ténacité de résines époxy. La dispersion du test est évaluée avec une méthode statistique basée sur une distribution de Weibull. Cette technique permet une comparaison entre différents types de résines (chargées ou non chargées). Une méthode est ensuite proposée pour déterminer un critère de rupture pour les fissures sous chargement de mode mixte. Une analyse numérique, basée sur un code éléments finis, est utilisée pour calculer la direction de propagation. Une comparaison entre résultats numériques et expérimentaux confirme la capacité du code EF à prédire un chemin de fissuration incurvé. En outre, l’analyse de propagation de fissure en fatigue découle de résultats expérimentaux réalisés sur des éprouvettes Compact Tension (CT) soumises à un chargement cyclique en traction. Les paramètres matériaux sont extraits suivant une loi de type Paris. A l’aide du logiciel Zencrack, une propagation de fissure en 3D peut être simulée via une approche séquentielle, durant laquelle la fissure est propagée pas-à-pas. L’influence de la géométrie du front de fissure sur les prédictions numériques est mise en évidence. Les résultats numériques présentés sont en bon accord avec les résultats expérimentaux.
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Citer

Julien Roger. On the investigation of experimental and numerical methods to characterise the fracture behaviour of epoxy resins : an approach to prevent failure in electronic component. Mechanical engineering [physics.class-ph]. Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis, UVHC, (France), 2007. English. ⟨NNT : 2007VALE0035⟩. ⟨tel-02998333⟩
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