Analyse thermique à haute résolution spatiale par thermoréflectance de composants de puissance - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

High spatial resolution thermal analysis by thermoreflectance of power components

Analyse thermique à haute résolution spatiale par thermoréflectance de composants de puissance

Résumé

The technological evolution of IGBT components requires a strong increase in power density. This increase in power density leads to very high temperature fields and gradients in the components and makes it necessary to know the thermal constraints. The temperature is thus one of the dimensioning elements of the converters and is at the centre of the concerns of the designers.To characterize these components, we used thermoreflectance during this thesis. The work presented in this thesis consists of three main parts. First, we highlight the problem of registration in the thermoreflectance domain. We study two subpixel shift methods in order to choose the most adequate method to obtain an accurate reflectivity measurement. The results show that subpixel cross-correlation registration with a precise step size gives better results and that this step size is directly correlated with the noise level of the images.In the second part, we present a measurement methodology on an IGBT chip packaged in a power module. This methodology aims to determine several experimental parameters (optimal wavelength, minimum excitation frequency and influence of image accumulation on noise) and to choose the most suitable calibration method for this type of device. Then, we perform a detailed thermal study on the metallization of IGBT emitter.Finally, we perform thermal measurements through the silicone gel and study the influence of aging on the thermal mapping. The results obtained perfectly reflect the reality of the thermal behaviour of IGBTs in power modules.The thermal measurements performed in this thesis have shown the ability of thermoreflectance to have a high spatial resolution of the temperature and thus to trace the individual behaviour of the IGBT cells.
L’évolution technologique de composants d’IGBT passe par une forte augmentation des densités de puissance. Cette augmentation de la densité de puissance entraîne des champs et gradients de températures très élevés au niveau des composants et rendent nécessaire la connaissance des contraintes thermiques. La température est donc un des éléments dimensionnant des convertisseurs et est au centre des préoccupations des concepteurs.Pour caractériser ces composants, nous avons utilisé la thermoréflectance durant cette thèse. Le travail présenté dans ce mémoire se compose de trois grandes parties. Dans un premier temps, nous mettons en évidence la problématique de recalage dans le domaine de thermoréflectance. Nous étudions deux méthodes de recalage subpixellique afin de choisir la méthode la plus adéquate afin d’obtenir une mesure de réflectivité précise. Les résultats montrent que le recalage par corrélation croisée subpixellisé avec un pas précise donne des meilleurs résultats et que ce pas est corrélé directement avec le niveau de bruit des images.Dans seconde temps, nous présentons une méthodologie de mesure sur une puce IGBT packagée dans un module de puissance. Cette méthodologie a but de déterminer plusieurs paramètre expérimentaux (longueur d’onde optimale, la fréquence d’excitation minimale et l’influence d’accumulation d’images sur le bruit) et de choisir la méthode de calibration là mieux adaptée pour ce type de composants. Ensuite, nous réalisons une étude thermique détaillée sur la métallisation d’émetteur IGBT.Enfin, nous réalisons des mesures thermiques à travers le gel de silicone et nous étudions l’influence de vieillissement sur la cartographie thermique. Les résultats obtenus reflètent parfaitement la réalité du comportement thermique des IGBT dans les modules de puissance.Les mesures thermiques réalisé dans cette thèse ont montrés la capacité de la thermoréflectance pour avoir une haute résolution spatiale de la température et ainsi remonter au comportement individuel des cellules des IGBT.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03578950 , version 1 (17-02-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03578950 , version 1

Citer

Youssef Metayrek. Analyse thermique à haute résolution spatiale par thermoréflectance de composants de puissance. Autre. Université Paris-Saclay, 2022. Français. ⟨NNT : 2022UPAST003⟩. ⟨tel-03578950⟩
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