LogoLogo

Hourdequin, Hélène. Contribution à la conception et mise en oeuvre de structures de packaging pour la montée en tension des modules de puissance : contraintes sur les isolants

Hourdequin, Hélène (2018). Contribution à la conception et mise en oeuvre de structures de packaging pour la montée en tension des modules de puissance : contraintes sur les isolants.

[img]PDF - nécessite un logiciel de visualisation PDF comme GSview, Xpdf or Adobe Acrobat Reader
5Mb

Résumé en francais

L'électronique de puissance est à l'orée d'une importante évolution avec l'introduction dans les systèmes de nouveaux composants de puissance à semi-conducteur 'grand gap'. En effet, l'évolution de la filière technologique à base de carbure de silicium (SiC) permet le développement de puces de tailles plus petites, capables de fonctionner à plus haute fréquence de commutation, et de supporter des tensions supérieures aux tensions actuelles, restreintes depuis plusieurs dizaines d'années par les propriétés physiques du silicium. L'introduction de ces composants impose par conséquent d'adapter leur environnement pour prendre en compte ces nouvelles performances. D'un point de vue électrique, les contraintes imposées aux matériaux isolants deviennent proches de leurs limites admissibles, notamment dans les configurations de packaging des modules de puissance actuellement utilisées. L'objectif de cette thèse est de proposer une solution originale permettant d'intégrer les composants de tenue en tension 15 kV, actuellement en phase de développement, dans une structure telle que le module de puissance. Après avoir étudié différentes solutions de packaging, l'étude s'est notamment focalisée sur une zone particulière, appelée zone de point triple située à l'intersection entre le substrat isolant, la métallisation et l'encapsulation. Nous proposons, à partir de simulations par la méthode des éléments finis, une nouvelle géométrie du substrat céramique métallisé capable de réduire l'intensité du champ électrique au point triple. La modification de la structure consiste en la création d'une gorge dans le substrat au bord de la métallisation. Cette nouvelle structure optimisée a montré en simulation une réduction remarquable de l'intensité du champ électrique au point triple du fait d'une meilleure répartition des équipotentielles. Après une revue des différentes techniques de réalisation, l'usinage par ultrasons a été retenu, ce mode d'usinage est particulièrement efficace pour des matériaux durs et cassants telles que les céramiques et permet d'obtenir un profil de gravure présentant notamment un excellent alignement du bord du métal avec celui de la céramique. Les résultats expérimentaux sur des échantillons tests ont permis de procéder à des essais montrant des résultats intéressants et encourageants en terme de décharges partielles et de tenue en rigidité électrique. Grâce à l'analyse en simulation par FEM et après les premiers résultats expérimentaux, la nouvelle structure géométrique du substrat céramique métallisé proposée pour les modules de puissances haute tension, apparaît comme une solution intégrable technologiquement pour l'optimisation du packaging en vue de la montée en tension du module. Par ailleurs, l'intérêt de la solution proposée comparée avec d'autres stratégies publiées, telles que l'emploi de matériaux d'encapsulation innovants a été discuté, ainsi que l'avantage offert de pouvoir combiner les atouts de deux types d'approches.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Laudebat, Lionel
Locatelli, Marie-Laure
Ecole doctorale:Génie électrique, électronique, télécommunications (GEET)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire PLAsma et Conversion d'Energie (LAPLACE), UMR 5213
Mots-clés libres :Module de puissance - Substrat céramique métallisé - Point triple - Méthode des éléments finis
Sujets :Electricite, électronique, automatique
Déposé le :26 Sep 2019 14:45