Développement de polymères hydrophobes résistants à haute température pour l’encapsulation de module de puissance

Development of hydrophobic polymer withstanding high temperatures for the encapsulation of power module

• Auteur / Autrice : Arnaud Soisson
• Direction : Victor H. Etgens, Odile Fichet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux
• Date : Soutenance le 29/03/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio : physics and engineering (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes de Versailles (LISV)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (1991-....)
• Jury : Président / Présidente : Chantal Larpent
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Lebey, Régis Mercier, Philippe Banet, Linda Chikh, Jean-Michel Morelle
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marc J.M. Abadie, Fabrice Burel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Propriétés thermiques

Polyimides

Mise sous boîtier (électronique)

Encapsulation (électronique)

Polymères réticulés

Mots clés libres

Imide

Encapsulant

Hydrophobe

Polymère

Thermostable

Imide

Encapsulant

Hydrophobic

Polymer

Thermally stable

Résumé

L’objectif de cette thèse était de concevoir denouveaux matériaux polymères hydrophobes pour la protectionde composants semi-conducteurs, résistants à hautetempérature, aux forts champs électriques et aux atmosphèresagressives. Dans ce contexte, les polyimides d’addition sontapparus comme la famille de polymères la mieux adaptée pourl’application envisagée. La synthèse de l’encapsulant étantréalisée directement dans les boîtiers des modules, elle ne peutdonc pas contenir de solvant organique exogène. Ainsi, nousavons développé de nouvelles voies de synthèse sans solvantde poly(aminobismaléimide)s et de poly(bismaléimide)s.Dans un premier temps, différentes diamines aliphatiques ontété utilisées comme solvant réactif lors de la synthèse depoly(aminobismaléimide)s à une température bien inférieure à latempérature de fusion du bismaléimide utilisé (Tf > 300 °C). Unepremière série de 3 nouveaux poly(aminobismaléimide)sréticulés de 70 à 95 % a ainsi été réalisée. A partir de cespremières synthèses, 10 nouveaux poly(aminobismaléimide)sont été élaborés. Pour 9 d’entre eux, des diamines aromatiquesont été utilisées et, pour le dernier, une diamine siloxane. Cesrésultats démontrent la possibilité de généraliser ce procédé desynthèse.Dans un second temps, des poly(bismaléimide)s ont étésynthétisés, toujours sans solvant. Pour cela, les synthèses dequatre nouveaux bismaléimides liquides à température ambianteont été mises au point. Ces composés ont une structurealiphatique ou siloxane dans laquelle un motif pyroméllitique aété, ou pas, introduit. Leur polymérisation amorcée avecl’amorceur radicalaire ad hoc, conduit à la formation desmatériaux sans l’usage de solvant.Selon le choix des réactifs, des matériaux thermodurcissablesou élastomères sont obtenus. Ces derniers semblent mieuxadaptés à l’application souhaitée car, d’une part, la faibleviscosité des mélanges réactionnels permet leur applicationsans difficulté dans un module de puissance et, d’autre part, leurcaractère hydrophobe est plus marqué. L’un d’eux présente unestabilité thermique à 250 °C particulièrement intéressante et unetempérature de relaxation mécanique quasi hors gamme detempérature de fonctionnement. Ce matériau peut doncvraisemblablement être utilisé comme encapsulant.

The aim of this work is to develop new hydrophobicpolymeric materials for the protection of semi-conductorcomponents. These materials must withstand high temperature,strong electric fields and aggressive atmospheres such asmoisture. In this context, addition polyimides emerged as themost suitable polymers for the intended application. Thesynthesis of the encapsulant being made directly in the powermodules, it must be solvent free. Thus, we have developed newsolvent free synthesis routes of poly(aminobismaleimide)s andpoly(bismaleimide)s.First of all, different aliphatic diamines were used as a reactivesolvent in the synthesis of poly(aminobismaleimide)s to atemperature well below the melting point of the usedbismaleimide (m.p. > 300 °C). A first series of 3 newpoly(aminobismaleimide)s, crosslinked from 70 to 95 %, hasthus been made. From these first syntheses, 10 newpoly(aminobismaleimide)s have been developed. For 9 of them,aromatic diamines were used and, for the latter, a siloxanediamine. These results demonstrate that this process can begeneralized.Secondly, poly(bismaleimide)s were synthesized, still withoutany solvent. In order to do so, the syntheses of four newbismaleimides, liquid at room temperature, have beendeveloped. These compounds have an aliphatic or siloxanestructure in which a pyromellitic pattern has been or notintroduced. Their polymerization initiated with the suitable radicalinitiator leads to the formation of materials without the use of anysolvent.Depending on the choice of reagents, thermosetting materials orelastomers are obtained. These latter seem more suitable for thedesired application because, on one hand, the low viscosity ofthe reaction mixtures enables their application in a powermodule without any difficulty and, on the other hand, theirhydrophobic behaviour is stronger. One of them has aparticularly attractive thermal stability at 250 ° C and amechanical relaxation temperature almost out of the workingtemperature range. Therefore, this material may be used asencapsulant.