Article

1 - PROBLÉMATIQUE

2 - TECHNOLOGIES D'INTÉGRATION POUR L'ÉLECTRONIQUE DE PUISSANCE

3 - DOMAINES ET CONTRAINTES APPLICATIVES

4 - MODE DE DÉGRADATION DES TECHNOLOGIES D'INTÉGRATION

5 - DURÉE DE VIE DES MODULES SOUS CONTRAINTES THERMIQUES

6 - CONCLUSION ET SYNTHÈSE

Article de référence | Réf : D3126 v1

Fatigue des composants électroniques de puissance - Physique de défaillance

Auteur(s) : Mounira BOUARROUDJ-BERKANI, Laurent DUPONT

Date de publication : 10 nov. 2010

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RÉSUMÉ

L'augmentation des champs d'application de l'électronique de puissance conduit à l'émergence de nombreuses évolutions technologiques en corrélation avec les niveaux de sollicitations et les contraintes législatives. De par le caractère sécuritaire des modules à semi-conducteurs de puissance dans le système, il est impératif de valider la fiabilité de ces nouvelles solutions. Or, les faibles volumes de production et les grandes durées de vie objectivées limitent l'usage de l'approche statistique dans ce domaine technologique. En ce sens, cet article propose d'appréhender l'évaluation de la « fiabilité » en mettant l'accent sur une approche de la physique de défaillances des assemblages de puissance.

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ABSTRACT

The increase in the application fields of power electronics has led to the emergence of a significant number of technological evolutions in compliance with stress levels and regulatory constraints. Due to the safety function of power semiconductor modules within the subsystem, the reliability of these new solutions must be proven. However, the low production volumes and the long lifetime desired limit the use of the statistical approach within this technological domain. This article thus offers to assess the "reliability" by focusing on an approach of the physics of failure of power assemblies.

Auteur(s)

  • Mounira BOUARROUDJ-BERKANI : Docteur de l'École Normale Supérieure de Cachan - Maître de conférences, Université Paris-Est Créteil (IUFM Créteil) - Chercheuse au laboratoire SATIE de l'ENS Cachan

  • Laurent DUPONT : Docteur de l'École Normale Supérieure de Cachan - Chargé de recherche, INRETS (Laboratoire des technologies nouvelles à Versailles Satory)

INTRODUCTION

Le développement de l'électronique de puissance dans de nouveaux domaines d'usage conduit à un accroissement des niveaux de sollicitations fonctionnelles et environnementales appliqués aux modules de puissance (automobile, aéronautique...). Dès lors, de nombreuses ruptures technologiques sont développées afin de satisfaire les objectifs parfois contradictoires de maîtrise des coûts, de réduction du poids et de l'encombrement, tout en améliorant les spécifications en termes de maintenabilité et de fiabilité.

Or, un certain nombre de freins limitent l'exploitation des prescriptions définies dans le champ de la sûreté de fonctionnement et, plus spécifiquement, pour l'évaluation de la fiabilité des dispositifs intégrés à semi-conducteurs de puissance. En effet, l'évaluation de la fiabilité, indissociable de l'approche statistique, est rendue délicate de par la grande durée de vie objectivée avec un faible taux de défaillance, les nombreuses évolutions technologiques et le faible volume de production des systèmes à semi-conducteurs de puissance.

La démarche présentée dans ce dossier propose une introduction à l'évaluation de la robustesse des assemblages à semi-conducteurs de puissance à partir d'une compréhension de la dégradation physique entraînant la défaillance, avec :

  • la présentation des constituants d'un assemblage de puissance conventionnel et les principaux domaines d'application ;

  • en rapport avec les profils de mission imposés, le défaut de l'état de l'art des principaux modes de dégradations conduisant à des défaillances principalement d'origine thermomécaniques ;

  • dans le sens de l'approche de la physique de défaillance, l'exposé des principaux mécanismes et facteurs d'endommagement et des moyens permettant de les révéler.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-d3126


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - SELIGER (N.), WOLFGANG (E.), LEFRANC (G.), BERG (H.), LICHT (T.) -   Reliable power electronics for automotive applications.  -  Microelectronics Reliability, vol. 42, Issues 9-11, p. 1597-1604, sept.-nov. 2002.

  • (2) - CIAPPA (M.) -   Selected failure mechanisms of modern power modules.  -  Microelectronics Reliability, vol. 42, Issues 4-5, p. 653-667, avr.-mai 2002.

  • (3) - MERMET-GUYENNET (M.), PERPIÑÁ (X.), PITONA (M.) -   Revisiting power cycling test for better life-time prediction in traction.  -  Microelectronics Reliability, vol. 47, Issues 9-11, p. 1690-1695, sept.-nov. 2007.

  • (4) - LU (H.), BAILEY (C.), YIN (C.) -   Design for reliability of power electronics modules.  -  Microelectronics Reliability, vol. 49, Issues 9-11, p. 1250-1255, sept.-nov. 2009.

  • (5) - MALANDRUCCOLO (V.), CIAPPA (M.), ROTHLEITNER (H.), FICHTNER (W.) -   A new built-in screening methodology to achieve zero defects in the automotive environment.  -  Microelectronics Reliability, vol. 49, Issues 9-11, p. 1334-1340, sept.-nov. 2009.

  • ...

1 Outils logiciels

ANSYS http://www.ansys.com

ABAQUS http://www.simulia.com

MATLAB http://www.mathworks.com

SCILAB http://www.scilab.com

CONSOL http://www.comsol.com

HAUT DE PAGE

2 Évènements

ESREF European Symposium on Reliability of Electron Devices, Failure Physics and Analysis (conférence internationale)

EPE Europeen conference on Power Electronics and Applications (conférence internationale)

PCIM http://www.mesago.de/en/PCIM/home.htm

ECPE Europeen Center for Power Electronics http://www.ecpe.org

EPF Electronique de Puissance du Futur (conférence nationale)

HAUT DE PAGE

3 Normes et standards

DO 160 - 1997 - Environmental condition and test procedures for airborne equipment, RTCA - -

IEC 60747-15 - Ed. 1 : Discrete Semiconductor devices – Part 15 : Isolated power semiconductor devices - -

...

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