Etude du comportement électrique de transistor de puissance pour l'automobile en haute température

= Study of Electrical behaviour of power transistors for automotive applications at high temperature

• Auteur / Autrice : Qiang Liu
• Direction : Jean-Pierre Chante
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance en 1994
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CEGELY - Centre de génie électrique de Lyon (Rhône ; 1992-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Automobiles

Transistors de puissance

Électronique de puissance

Résumé

La connaissance du comportement électrique à température de boîtier de l'ordre de 200°C des composants de puissance à semi-conducteur est d'une grande importance pour les applications électroniques de l'automobile du futur. Dans ce contexte, notre travail s'est intéressé à deux aspects : une étude de fonctionnalité à haute température de trois types de transistors de puissance (Darlington, MOSFET et IGBT) intéressants pour l'automobile (en particulier pour les applications d'injection et d'allumage transistorisés) et une contribution à l'étude de la fiabilité de la fonction "allumage" à haute température. Les températures moyennes de jonction concernées par cette étude sont comprises entre 30°C et 220°c. L'étude de fonctionnalité a permis de quantifier l'effet d'une élévation de la température de jonction jusqu'à 220°C sur les performances électriques de différents types de composants, Darlington, MOSFETs et IGBTs, du commerce. Bien que souvent fortement modifiées du fait de la dépendance des paramètres physiques du silicium vis-à-vis de la température, les caractéristiques électriques des transistors de puissance étudiés attestent de leur fonctionnalité à 220°C. Si les trois technologies considérées ·sont équivalentes devant l'augmentation très forte de leur courant de fuite à l'état bloqué, leurs comportements à l'état passant peuvent être différents sous faible tension de déchet et pour des courants inférieurs ou égaux au courant nominal constructeur. La mesure des dérives des principales caractéristiques électriques des transistors de puissance étudiés suite aux essais de stockage, cycle et choc thermiques sévérisés en température, n'a pas permis de montrer d'incompatibilité systématique entre bonne fonctionnalité et présence d'une température ambiante de 200°C. Enfin, l'étude du comportement de Darlington, MOSFET et IGBT de puissance, en fonctionnement dans un circuit d'allumage électronique, à température de jonction moyenne de 220°C, a permis de mettre en évidence, pour chacune des trois technologies, une caractéristique pouvant être critique pour la fiabilité de la fonction "allumage" à haute température.

The knowledge of power semiconductor device electrical behaviour at about 200°C case temperature represents a great interest for future automotive electrical application. In this thesis, our work deals with two aspects : a study of functionality at high temperature for three types of power transistors (Darlington, MOSFET and IGBT) used by automobile (in particular for the application of transistorized injection and ignition) and a study of reliability for the "ignition" fonction at high temperature. The average junction temperature concerned by this study ranges from 30°C to 220°C. The study of functionality gives the electrical performance depending on junction temperature up to 220°C for different types of devices, Darlington, MOSFET and IGBTs, commercially available. The characteristics are affected by great changes in physical parameters of silicon with the increase in junction temperature. At off-state, the obvious increase in leakage current with ternperature is the same for the three devices. At on-state, their electrical behaviours are different for small votage bias and for current not greater than the nominal current. The measurement of drifts of electrical characteristics due to storage at high temperature, thermal cycle and thermal shock, can not demonstrate the systematic incompatibility between good functionalicy and presence of a 200°C ambient temperature. Finally, the study of the behaviour of Darlington, MOSFET and IGBT power devices, working in the ignition circuit, at 220°C of average junction temperature, has shown for each three technologies, that a characteristic may be critical for the reliability of the "ignition" function at high temperature.