Fatigue des composants électroniques de puissance - Physique de défaillance

INTRODUCTION

1 - PROBLÉMATIQUE

• 1.1 - Besoins
• 1.2 - Sûreté de fonctionnement
  Figure 1 - Modèle d'architecture d'un système de gestion de l'énergie électrique
• 1.3 - Intégration des convertisseurs de puissance
  Figure 2 - MOSFET SiC 1200 V-100 V (doc. Powerex) Figure 3 - Assemblage traditionnel d'un module de puissance Tableau 1 - Synthèse des caractéristiques des matériaux d'un assemblage de [...]

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

• 2.1 - Niveau I : puces actives
  Figure 4 - Température maximale d'utilisation théorique des différents matériaux [12] Figure 5 - Évolution des dimensions des puces IGBT [15] Figure 6 - Structure MOS à superjonction Figure 7 - Résistance à l'état passant du transistor MOS classique et du transistor CooIMOS Figure 8 - Transistor à effet de champ à jonction (JFET)
• 2.2 - Niveau II : assemblage
  Figure 9 - Nouvelles technologies de report Tableau 2 - Caractéristiques physiques de céramiques isolantes Tableau 3 - Propriétés physiques des brasures à base de plomb [11] Tableau 4 - Quelques alliages sans plomb et leurs caractéristiques Tableau 5 - Performances thermiques et électriques de la LTJT à 25 oC
• 2.3 - Connexions
  Figure 10 - Solutions technologiques pour les connexions externes Figure 11 - Liaisons électriques externes par contacts pressés (doc. Semikron) Figure 12 - Technologies d'interconnexion des parties actives
• 2.4 - Niveau III : encapsulation
  Figure 13 - Dispositif de refroidissement intégré au module de puissance Figure 14 - Caloduc en silicium [45] Figure 15 - Assemblage sans semelle

3 - DOMAINES ET CONTRAINTES APPLICATIVES

• 3.1 - Automobile
  Figure 16 - Profil des températures d'un IGBT de module de puissance durant son fonctionnement
• 3.2 - Avionique
• 3.3 - Ferroviaire
  Figure 17 - Commande d'inversion de poussée ETRAS® et évolution vers l'avion plus électrique (doc. Hispano Suiza) Figure 18 - Présentation du profil des températures environnementales imposées à un système placé sur le réacteur (DO 160)
• 3.4 - Autres

4 - MODE DE DÉGRADATION DES TECHNOLOGIES D'INTÉGRATION

• 4.1 - Au niveau de la puce
• 4.2 - Au niveau de l'assemblage
  Figure 19 - Métallisation d'émetteur d'une puce IGBT avant et après cyclage actif Figure 20 - Dégradation de l'intégrité des substrats céramiques Figure 21 - Contraintes mécaniques et modes de dégradation des fils de bonding

5 - DURÉE DE VIE DES MODULES SOUS CONTRAINTES THERMIQUES

• 5.1 - Fiabilité et limites liées au domaine de l'intégration de puissance
  Figure 22 - Présentation des phases de défaillance en fonction du temps de fonctionnement
• 5.2 - Fiabilité par une approche physique vers la robustesse
  Figure 23 - Méthodologie d'évaluation prédictive de la durée de vie Figure 24 - Exemples de cycle actif et passif Figure 25 - Exemple d'image par microscopie acoustique de l'interface brasure/semelle Figure 26 - Exemple d'analyse destructive Figure 27 - Exemple de modèle 3D réalisé sous Ansys Figure 28 - Considération du point proche du point singulier [84] Tableau 6 - Modèles de durée de vie couramment utilisés

6 - CONCLUSION ET SYNTHÈSE