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Diaham, Sombel. Etude du comportement sous haute température de matériaux polyimides en vue de la passivation de composants de puissance à semi-conducteurs grand cap

Diaham, Sombel (2007) Etude du comportement sous haute température de matériaux polyimides en vue de la passivation de composants de puissance à semi-conducteurs grand cap.

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Résumé en francais

L'objectif de cette étude a été d'évaluer les potentialités d'utilisation d'une nouvelle résine polyimide (PI) dans le but d'assurer le rôle de couche de passivation des composants de puissance en carbure de silicium (SiC) fonctionnant au-delà de 200°C. De tels composants représentent un enjeu pour répondre aux besoins de l'électronique de puissance avec des systèmes plus intégrés ou capables de fonctionner à des températures ambiantes plus élevées. Les mesures électriques effectuées ont permis de montrer que le PI présente une bonne compatibilité du point de vue de la fonctionnalité électrique avec des valeurs du champ de rupture EBR comprises entre 2 et 4 MV/cm jusqu'à 400°C. Par ailleurs, des conductivités électriques statiques (DC) typiques de celles des matériaux semi-isolants (10-12 à 10-8 O-1.cm-1) ont été observées entre 200 et 400°C. L'une des contributions majeures du travail de caractérisation, appuyé par une compréhension des phénomènes physico-diélectriques, a été de montrer la corrélation entre les mesures de conductivité DC du PI effectuées à l'aide de deux techniques de mesure différentes (courants de conduction et spectroscopie diélectrique). La spectroscopie diélectrique, couplée à une modélisation des phénomènes de polarisation aux électrodes, apparaît ainsi comme un outil de mesure rapide et efficace pour déterminer la conductivité électrique des isolants à hautes températures. Le second temps de l'étude a concerné la détermination de la limite d'utilisation du PI du point de vue de la stabilité de ses propriétés électriques dans le temps à hautes températures et selon la nature de l'atmosphère (inerte ou oxydante). Lors des mesures sous contraintes isothermes, les films de PI ont montré des comportements différents selon la température et/ou la nature de l'atmosphère du milieu environnant. Il a tout d'abord été observé qu'aucune utilisation ne pouvait être envisagée à 400°C car les films présentent rapidement des dégradations dues à la thermolyse quelle que soit l'atmosphère. En revanche, à 300°C sous azote, les propriétés électriques restent relativement stables. Sous air, un comportement atypique d'amélioration des propriétés électriques au cours du temps a pu être observé. Alors que la polymérisation semble déjà complète, l'hypothèse d'un phénomène de réticulation sous atmosphère oxydante a été proposée comme explication et a été étayée par une importante revue bibliographique. Finalement, les films de PI semblent avoir montré, au niveau de leur mise en œuvre technologique et de leurs propriétés intrinsèques, leur potentialité pour assurer le rôle de passivation des composants de puissance en SiC pour un fonctionnement jusqu'à 300 °C.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
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 :Polyimides - Matériaux diélectriques - SiC - Passivation - Haute température - Haute tension - Packaging
Sujets :Sciences de l'ingénieur
Déposé le :23 Jul 2009 17:23