Etude de fiabilité des modules d'électronique de puissance à base de composant SiC pour applications hautes températures

par Ludi Zhang

Thèse de doctorat en Electronique

Sous la direction de Eric Woirgard et de Alexandrine Guédon-Gracia.

Soutenue le 17-01-2012

à Bordeaux 1 , dans le cadre de École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde) , en partenariat avec Laboratoire de l'intégration du matériau au système (Talence, Gironde) (laboratoire) .

Le jury était composé de Vincent Bley, Jean-Michel Vinassa.

Les rapporteurs étaient Stéphane Lefebvre, Dominique Planson.

mots clés

• Assemblage en haute température
• Composants en SiC
• Caractérisations des matériaux
• Simulation 3D en élément finis
• Cyclage thermique
• Résistance thermique
• Impédance thermique
• Matériaux -- Propriétés thermiques
• Assemblages (technologie)

Résumé

Les environnements ont tendance à être plus sévères (plus chauds et quelquefois plus froids). À ce titre, l’électronique de puissance haute température est un enjeu majeur pour le futur. Concernant les technologies d’assemblage à haute température, les brasures haute température comme l'alliage 88Au/12Ge, 97Au/3Si et 5Sn/95Pb pourraient supporter ces niveaux de contraintes thermiques, qui sont actuellement développées pour répondre à ces exigences. Nous avons effectué les caractérisations électriques, mécaniques et thermomécaniques des matériaux d’assemblage. Une étude thermique a réalisée par des méthodes expérimentales et des simulations numériques, l’étude numérique est réalisée sous ANSYS dans le but d’estimer les influences des différents paramètres sur la performance thermique de l’assemblage. En plus, les cyclages thermiques passif de grande amplitude sont effectués pour analyser la fiabilité des modules de puissance dans ces conditions d’utilisation.

mots clés

• High temperature packaging
• SiC device
• Characterizations of the materials
• 3D finite elements simulation
• Thermal cycling
• Thermal resistance
• Thermal impedance

Résumé

The environments tend to be more severe (hotter and sometimes colder). As such, the high temperature power electronics is a major challenge for the future. Concerning the technologies for high temperature assembly, high temperature brazing alloy as 88Au / 12Ge, 97Au / 3Si and 5Sn / 95Pb could support these levels of thermal stresses, which are being developed to answer these requirements. We performed the electric, mechanical and thermomechanical characterizations for the materials of assembly. A thermal study was realized by experimental methods and numerical simulations, the numerical study is carried out in ANSYS in order to estimate the influences of the various parameters on the thermal performance of the assembly. In addition, the passive thermal cycles of large amplitude are conducted to analyze the reliability of the power modules in these conditions.