Thèse soutenue

Réalisation de varistances sérigraphiées à base de ZnO pour des applications en électronique de puissance : influence des électrodes sur les propriétés électriques du composant de protection
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Auteur / Autrice : Marie-Pascale Martin
Direction : Claude Lucat
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences physiques et de l'ingénieur. Électronique
Date : Soutenance en 2003
Etablissement(s) : Bordeaux 1

Résumé

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Des varistances en couches épaisses sérigraphiées à base de ZnO ont été développées dans le but de protéger des transistors de puissance IGBT contre des surtensions (VS > 600V). La technologie hybride couche épaisse présente de nombreux avantages : proximité du composant à protéger, choix aisé de géométrie, diminution des coûtsLa faisabilité de varistances planaires sérigraphiées sur alumine a été démontrée grâce à une étude systématique de paramètres d'élaboration tels que la granulométrie de la poudre de départ, le traitement thermique, le pressage ou l'épaisseur de la couche. Par ailleurs, l'étude approfondie du microassemblage électrode/ZnO/Al2O3 a mis en évidence : - la dégradation des caractéristiques électriques du microassemblage par modification de la composition des joints de grains au sein de la couche de ZnO, l'oxyde de Bismuth s'évaporant et/ou migrant dans le substrat lors de la cuisson de la couche varistance. - la restauration possible des propriétés non-linéaires des varistances sérigraphiées par l'utilisation d'encres d'électrodes appropriées, contenant nécessairement du Bi2O3. Cette régénération varie avec la géométrie des électrodes et leur température de recuit. Suivant la composition des encres d'électrodes et pour des tensions de seuil 0,5 <VS(kV) < 1, les valeurs du coefficient de non-linéarité a > 40 obtenues sont comparables à celles des céramiques massives de même composition. Placées dans des conditions réelles de fonctionnement, en parallèle avec un interrupteur de puissance IGBT (1200V/52A), puis soumises à des surtensions, les varistances sérigraphiées écrêtent la tension appliquée et protègent de ce fait le composant. Ces varistances (Vs # 500 V) présentent des tensions d'écrêtage inférieures à 1200V et peuvent dissiper des densités d'énergie pouvant atteindre 150 J/cm3.