Article

1 - ORIGINE DE LA LIMITATION EN TEMPÉRATURE DE FONCTIONNEMENT

  • 1.1 - Pertes à l’état passant
  • 1.2 - Pertes à l’état bloqué
  • 1.3 - Pertes de commutation
  • 1.4 - Cas général

2 - ENVIRONNEMENT THERMIQUE DES COMPOSANTS DE PUISSANCE

3 - ÉVALUATION DE LA TEMPÉRATURE DE JONCTION

Article de référence | Réf : D3112 v1

Semi-conducteurs de puissance - Problèmes thermiques (partie 1)

Auteur(s) : Jean-Marie DORKEL

Date de publication : 10 mai 2003

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RÉSUMÉ

Les composants de puissance, du fait de leur principale rôle d'interrupteur, sont de forts dissipateurs de chaleur. Or il est important de maintenir ces composants à des températures compatibles avec leur bon fonctionnement. Cet article fait le point sur les méthodes analytiques ou autres permettant d’aboutir à l’évaluation de la température de la zone active d’un composant électronique en fonctionnement. 

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Auteur(s)

  • Jean-Marie DORKEL : Docteur ès sciences - Professeur à l’Institut national des sciences appliquées de Toulouse - Chercheur au LAAS/CNRS de Toulouse

INTRODUCTION

Les articles D 3 100 à D 3 109 font une introduction à la physique des composants de puissance et décrivent les principes électriques et physiques mis à profit pour réaliser des composants discrets ou intégrés de puissance. Le rôle premier de ces composants de puissance est de servir d’interrupteur dans les circuits de conversion de l’énergie électrique, bloquant des tensions importantes et véhiculant des courants forts. Dans ces conditions, qu’il s’agisse de composants de puissance discrets, ou de composants de puissance intégrés sous une forme hybride ou monolithique, le propre de ces dispositifs est de dissiper sous forme de chaleur une certaine puissance électrique. Cette puissance électrique dissipée sous forme de chaleur, qui dans la plupart des cas est négligeable par rapport à la puissance électrique convertie, peut cependant être importante même lorsque les composants opèrent dans des conditions de fonctionnement parfaitement normales. Pour maintenir alors leur température de fonctionnement à une valeur suffisamment basse, permettant encore au composant de travailler de manière opérationnelle, il est nécessaire de procéder à une analyse appropriée du mécanisme d’évacuation de la chaleur dans le cristal, le boîtier et le dispositif de refroidissement qui lui est associé. Alors que le problème de la conception thermique de l’ensemble puce-boîtier-refroidisseur était déjà important pour les composants de puissance discrets, il gagne encore en importance lorsque l’on considère les circuits de puissance intégrés sous une forme hybride ou monolithique. En effet, pour ces derniers, la concentration de la puissance électrique dissipée sur une surface très restreinte fait que l’on atteint assez facilement la limite de 100 W/cm2 au-delà de laquelle seuls des systèmes de refroidissement performants peuvent être envisagés. Le but du présent article est avant tout de faire le point sur les méthodes analytiques ou autres permettant d’aboutir à l’évaluation de la température de la zone active d’un composant électronique en fonctionnement. Dans un deuxième article , nous aborderons le problème de l’interactivité entre la puissance dissipée et la température en vue de discuter de la validité du concept de température de jonction et nous terminerons notre exposé par quelques considérations sur les problèmes induits de fatigue thermique et de fiabilité.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-d3112


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - LETURCQ (Ph.) -   Composants semi-conducteurs de puissance : caractères propres  -  . Techniques de l’Ingénieur D 3 100 Traité Génie électrique 09-1987.

  • (2) - LECLERCQ (J.) -   Électronique de puissance. Éléments de technologie  -  . Techniques de l’Ingénieur, Traité Génie électrique D 3 220. 12-1994.

  • (3) - DEGIOVANNI (A.) -   Transmission de l’énergie thermique. Conduction  -  . Techniques de l’Ingénieur BE 8 200. Traité Génie énergétique 04-1999.

  • (4) - ÖZISIK (N.) -   Heat conduction (Conduction de la chaleur)  -  . 692 p. 1993 Wiley 605 Third Avenue New York NY 10158-0012, 1993.

  • (5) - HUETZ (J.), PETIT (J.-P.) -   Notions de transfert thermique par convection  -  . Techniques de l’Ingénieur A 1 540. Traité Génie énergétique 08-1990.

  • ...

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