Mustafa SHQAIR

Chercheur Postdoctoral
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  • Mitsubishi Electric R&D Centre Europe [France] (MERCE-France)
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Présentation

Je suis actuellement chercheur au centre R&D Europe de Mitsubishi Electric R&D Centre Europe, spécialisé dans la fiabilité thermomécanique et la prédiction de durée de vie des modules de puissance encapsulés en résine époxy pour l’électronique de puissance à haute fiabilité. L’étude porte sur le développement d’un cadre multiphysique par éléments finis électro-thermo-mécanique destiné à modéliser les mécanismes de fatigue et de vieillissement dans des conditions de fonctionnement réalistes. Mon approche intègre la modélisation FEM multiphysique avancée, la caractérisation matériau et physico-chimique, l’analyse microstructurale de la fatigue et du vieillissement, ainsi que la validation expérimentale, afin de garantir une conception industrielle robuste sous profils de mission sévères.

Auparavant, chercheur postdoctoral au laboratoire LAPLACE Laboratory / Toulouse INP, j’ai développé sous COMSOL un modèle FEM 2D électrothermique-métallurgique-élastoplastique pour simuler les courts-circuits impulsionnels dans des MOSFETs SiC à grille plane. Le modèle reproduit les comportements thermomécaniques non linéaires, incluant la fusion de l’aluminium source et la fissuration du SiO₂-ILD, et prédit les seuils énergétiques critiques pour définir des marges de protection et renforcer la fiabilité du gate-driver. Des simulations en cyclage répétitif ont permis d’analyser l’initiation et la propagation des fissures, validées expérimentalement. Le cadre a ensuite été étendu à la géométrie complète du MOSFET avec son packaging, intégrant un modèle de zone cohésive pour capturer la délamination de passivation sous chargements thermomécaniques transitoires, identifier les zones critiques et établir des indicateurs temps-énergie pour l’optimisation de la passivation et la protection du composant.

J’ai obtenu mon doctorat à l’ENS Paris-Saclay au Laboratoire SATIE / Université Gustave Eiffel, sur la modélisation de la progression des fissures et des mécanismes de dégradation des IGBT soumis à la fatigue thermomécanique, intégrant données EBSD et ATEX dans un modèle de zone cohésive via ANSYS APDL. Cette recherche prolonge mon stage de Master 2 au laboratoire SATIE / IFSTTAR, portant sur la fatigue des joints de grains d’aluminium dans les semi-conducteurs. Je suis titulaire d’un Master et d’une Licence en Chimie Physique et des Matériaux de l’Université Libanaise.

Domaines de recherche

Matériaux Physique [physics] Sciences de l'ingénieur [physics]

Compétences

Fabilité de la microélectronique Haute Température Simulation Multiphysique Modélisation par Éléments Finis Matériaux Élastoplastiques Mécanismes de Rupture Propagation de Fissures Fatigue Thermomécanique Vieillissement Métallurgique Modélisation du changement de phase COMSOL Multiphysics Ansys APDL ATEX Software Microelectronics Reliability High-Temp Performance Multiphysics Simulation FEM Elastoplastic Materials Failure Mechanisms Crack Propagation Thermomechanical Fatigue Metallurgical Aging Phase Change Modeling

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Publications

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In-depth 2D FEM analysis of gate cracking in SiC MOSFETs under repetitive short-circuit conditions: Application of a damage-based model for crack length prediction [ESREF'25 Selected and Extended Full-Paper]

Mustafa Shqair , Emmanuel Sarraute , Frédéric Richardeau

Microelectronics Reliability, 2026, 177, pp.116005. ⟨10.1016/j.microrel.2026.116005⟩

Article dans une revue hal-05461859v1
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Preliminary 2D elastoplastic modeling of gate cracking in SiC MOSFETs under short-circuit conditions across a wide temperature-range using rankine's damage energetic approach. (Selected – Extended Full Paper from ESREF'24)

Mustafa Shqair , Emmanuel Sarraute , Frédéric Richardeau

Microelectronics Reliability, 2025, 170, pp.115757. ⟨10.1016/j.microrel.2025.115757⟩

Article dans une revue hal-05048419v1
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Transient Thermal 2D FEM Analysis of SiC MOSFET in Short-Circuit Operation Including High-temperature Material Laws and Phase Transition of Aluminum Source Electrode

Mustafa Shqair , Emmanuel Sarraute , Thibauld Cazimajou , Frédéric Richardeau

Microelectronics Reliability, 2024, 159, pp.115440. ⟨10.1016/j.microrel.2024.115440⟩

Article dans une revue hal-04613010v1
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Thermo-mechanical and metallurgical preliminary analysis of SiC MOSFET gate-damage mode under short-circuit based on a complete transient multiphysics 2D FEM [1st Prize Winner - Best Paper Awards ESREF'23]

M. Shqair , Emmanuel Sarraute , T. Cazimajou , Frédéric Richardeau

Microelectronics Reliability, 2023, pp.115081. ⟨10.1016/j.microrel.2023.115081⟩

Article dans une revue hal-04236654v1
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An EBSD Study of Fatigue Crack Propagation in Bonded Aluminum Wires Cycled from 55°C to 85°C

Ayda Halouani , Zoubir Khatir , Mustafa Shqair , Ali Ibrahim , Pierre-Yves Pichon

Journal of Electronic Materials, 2022, 51 (12), pp.7353-7365. ⟨10.1007/s11664-022-09937-5⟩

Article dans une revue hal-04036851v1

Finite elements analyses of early-stage crack propagation in aluminum wire bonds due to power cycling

A Halouani , Mustafa Shqair , Zoubir Khatir , A Ibrahim , M Ouhab

Microelectronics Reliability, 2022, 138, pp.114610. ⟨10.1016/j.microrel.2022.114610⟩

Article dans une revue hal-04102314v1
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A combined physicochemical-microstructural approach to predict the crack path at the topside interconnections in IGBT power devices

Mustafa Shqair , Zoubir Khatir , Ali Ibrahim , Mounira Bouarroudj-Berkani , Ayda Halouani et al.

Microelectronics Reliability, 2022, 132, pp.114516. ⟨10.1016/j.microrel.2022.114516⟩

Article dans une revue hal-03656143v1
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Microstructural evolution during the crack propagation at the bond-wire contact area of IGBT power modules upon power cycling

Mustafa Shqair , Zoubir Khatir , Ali Ibrahim , Ayda Halouani , Mounira Bouarroudj-Berkani

Microelectronics Reliability, 2022, ⟨10.1016/j.microrel.2022.114635⟩

Article dans une revue hal-03788643v1
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First Comprehensive 2D Thermomechanical Modeling of SiC MOSFETs Under Extreme Short-Circuit Stress

Mustafa Shqair , Emmanuel Sarraute , Frédéric Richardeau

Comsol Conference, Oct 2025, Amsterdam, Netherlands

Communication dans un congrès hal-05345638v1
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In-Depth 2D FEM Analysis of Gate Cracking in SiC MOSFETs Under Repetitive Short-Circuit Conditions: Application of the Rankine Model for Crack Length Prediction

Mustafa Shqair , Emmanuel Sarraute , Frédéric Richardeau

ESREF 2025 : 36th European Symposium on Reliability of Electron Devices, Failure Physics and Analysis, 2025, Oct 2025, Bordeaux, France

Communication dans un congrès hal-05308150v2
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Preliminary SiC MOSFET Gate-Cracking Modeling under Short-Circuit Based on Rankine's Damage Energetic Approach Using a Wide Temperature-Range Elastoplastic 2D Simulation [Abstract]

Mustafa Shqair , Emmanuel Sarraute , Frédéric Richardeau

35th European Symposium on Reliability of Electron Devices, Failure Physics and Analysis - ESREF 2024, Sep 2024, Parma, Italy

Communication dans un congrès hal-04713129v1
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A Full Transient ElectroThermal - Elastoplastic Mechanical and Metallurgical 2D FEM of SiC MOSFET for Gate-Region Stress Investigation under Short-Pulse Short-Circuit (Invited)

Mustafa Shqair , Emmanuel Sarraute , Frédéric Richardeau

2024 IEEE International Reliability Physics Symposium (IRPS), Apr 2024, Grapevine - Dallas, United States. pp.7B.2-1-7B.2-8, ⟨10.1109/IRPS48228.2024.10529493⟩

Communication dans un congrès hal-04579761v1
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Thermo-Mechanical and Metallurgical Preliminary Analysis of SiC MOSFET Gate-Damage Mode under Short-Circuit based on a Complete Transient Multiphysics 2D FEM [Best Paper Award]

Mustafa Shqair , Emmanuel Sarraute , Thibauld Cazimajou , Frédéric Richardeau

34th European Symposium on Reliability of Electron Devices, Failure Physics and Analysis, ESREF'23, Université Toulouse 3 Paul Sabatier, Université de Bordeaux, IMS, LAAS-CNRS, CNES, Oct 2023, Toulouse, France. ⟨10.1016/j.microrel.2023.115081⟩

Communication dans un congrès hal-04233908v1
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Physicochemical-microstructural approach for modeling the crack passage at topside metallic parts in IGBT semiconductor power electronics

Mustafa Shqair , Zoubir Khatir , Ali Ibrahim , Mounira Bouarroudj-Berkani , Ayda Halouani et al.

2022 23rd International Conference on Thermal, Mechanical and Multi-Physics Simulation and Experiments in Microelectronics and Microsystems (EuroSimE), Apr 2022, St Julian, Malta. pp.1-6, ⟨10.1109/EuroSimE54907.2022.9758895⟩

Communication dans un congrès hal-03656147v1