Contribution à l'intégration d'un indicateur de vieillissement lié à l'état mécanique de composants électroniques de puissance

Contribution to the conception of an ageing indicator linked to the mechanical state of power devices

• Auteur / Autrice : Emmanuel Marcault
• Direction : Jean-Marie Dorkel, Marie Breil
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro et Nanosystèmes
• Date : Soutenance le 25/05/2012
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Génie électrique, électronique, télécommunications et santé : du système au nanosystème (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (Toulouse ; 1968-....)
• Jury : Président / Présidente : Eric Woirgard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Marie Dorkel, Marie Breil, Colette Levade
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Zoubir Kathir, Stephane Lefebvre

Mots clés

Mots clés contrôlés

Contraintes (mécanique)

Contraintes résiduelles

Contraintes thermiques

Détérioration

Électronique de puissance

Fiabilité

Composants électroniques

Mots clés libres

Caractérisations électriques statiques et dynamiques

Simulations électro-thermo-mécaniques

Fiabilité des assemblages de puissance

Modélisation multi physique

Transistors VDMOS

Static and dynamic electrical characterizations

Electro-thermo-mechanical modeling

Reliability of power assemblies

Multi-physics modeling

VDMOS transistors

Résumé

Ce travail de thèse s’inscrit dans la cadre d’un projet ANR inter-Carnot « ReMaPoDe (Reliability Management of Power Devices) ». L’objectif général du projet est de réaliser un dispositif permettant d’évaluer en temps réel l’état de vieillissement d’un assemblage de puissance embarqué par le suivi de son état thermique et mécanique pendant son fonctionnement. L’essentiel du travail présenté dans ce mémoire consiste à mettre en évidence la relation entre le vieillissement mécanique d’un assemblage de puissance et les dérives électriques qui peuvent être observées. En outre, compte tenu des problèmes thermiques liés aux applications embarquées, la caractéristique électrique choisie comme indicateur doit être rendue indépendante des effets de la température. Ainsi, après un état de l’art consacré à la présentation des différents types de vieillissement et aux défaillances rencontrées dans les assemblages de puissance, nous distinguerons différentes caractéristiques électriques qui semblent prometteuses pour effectuer le suivi en temps réel de l’état de vieillissement mécanique d’un assemblage de puissance et ce malgré des variations de température ambiante et le vieillissement de certains matériaux constituant l’assemblage

This work is part of an inter-Carnot ANR project "ReMaPoDe (Reliability Management of Power Devices)." The overall project objective is to provide a device to evaluate the real-time status of ageing of a power assembly by monitoring its thermal and mechanical states during operation. Most of the work presented in this thesis consists in highlighting the relationship between the assembly mechanical ageing and the observed electrical evolution. Moreover, due to the thermal problems related to embedded applications, the electrical characteristic chosen as an indicator must allowed to overcome the effects of temperature. Consequently, following a state of the art dedicated to the presentation of different types of ageing and failures encountered in power assemblies, we will distinguish different electrical characteristics that seem promising to monitor in real time the mechanical ageing state of a power device assembly in spite of ambient temperature variations and the ageing of some materials constituting the assembly