Couplages électrothermiques dans les composants de puissance
Semi-conducteurs de puissance - Problèmes thermiques (partie 2)

Il est très important, lorsque l’on s’intéresse à l’échauffement des composants électroniques et plus particulièrement à leur auto-échauffement, de ne pas perdre de vue que la puissance électrique qu’ils dissipent peut être fortement influencée par la répartition de la température dans leur zone active. En effet, de nombreux paramètres électriques fondamentaux de dispositifs à semi-conducteur dépendent plus ou moins fortement de la température. Mentionnons, pour ne citer que les plus prépondérants, la concentration des porteurs intrinsèques qui conditionne fortement la densité du courant passant dans une jonction PN et la mobilité des porteurs qui conditionne la chute de tension ohmique dans les régions ou le courant électrique s’établit sous l’effet de champs électriques de faible valeur. Les comportements électrique et thermique du composant sont donc étroitement couplés et dépendent de l’équilibre électrothermique interne qui s’établit dans le composant lorsque ce dernier est soumis à une polarisation électrique. Nous n’aborderons pas ici le cas du fonctionnement des composants en situation extrême (comme celle qu’impose par exemple la mise en court-circuit de la charge d’un IGBT ou d’un transistor MOS sous sa pleine tension de service). Dans ces derniers cas, en effet, le comportement physique du dispositif soumis à un échauffement particulièrement rapide du composant ne peut être appréhendé qu’à travers une résolution numérique simultanée des équations des composants à semi-conducteurs et de l’équation tridimensionnelle de la chaleur dans le composant en tenant compte des paramètres dépendant de la température. Nous nous limiterons ici d’une façon pragmatique à une étude de l’équilibre électrothermique d’un composant soumis à une dissipation de puissance en régime statique ou quasi-statique et nous en tirerons quelques conclusions concernant la validité du concept de « température de jonction » qui est couramment utilisé pour la spécification des composants de puissance.