Fiabilité & Disponibilité
Rapports de Stage : Fiabilité & Disponibilité. Recherche parmi 298 000+ dissertationsPar latifimedamine • 17 Juillet 2012 • 2 353 Mots (10 Pages) • 644 Vues
é—Au cours de leur fonctionnement, les
composants semi-conducteurs de puissance et leur
assemblage subissent un cyclage thermique actif, induit
par les pertes par conduction et commutation dans les
puces. Afin de mieux identifier les mécanismes de
défaillance en jeu au sein de ces structures complexes,
nous avons mis au point des essais de vieillissement
accéléré visant à reproduire les contraintes
thermomécaniques subies par les modules de puissance.
La définition de protocoles de test présentant différents
niveaux d’accélération des contraintes nous permet de
constituer une base de données expérimentale inédite et
complète. Nous pourrons ainsi comparer les modes de
défaillance observés dans ces essais, et relever l’influence
de la fatigue thermique sur l’assemblage, notamment au
niveau des brasures et des fils de bonding.
I. FIABILITE DES COMPOSANTS SEMI-CONDUCTEURS DE
PUISSANCE
A. Contexte
L’électronique de puissance a connu ces dernières années
une forte évolution technologique conduisant à une structure
en modules intégrant sur un même substrat les composants
semi-conducteurs de puissance nécessaires pour assurer une
fonction complète de conversion d’énergie. Si ces structures
présentent des avantages certains en terme de densité
d’intégration, la complexité de leur assemblage crée de
nombreuses contraintes en fonctionnement, notamment
thermomécaniques, et rend l’estimation de leur durée de vie
difficile [1].
Le module Semix 13 de Semikron, présenté en figure 1,
en est un exemple. Il s’agit d’un onduleur triphasé 200 A –
600 V constitué de six transistors IGBT (Insulated Gate
Bipolar Transistor) et de leur diode de roue libre.
Fig. 1. Module Semix 13 (Semikron) : onduleur triphasé 200 A - 600 V
Bien que l’électronique de puissance ait beaucoup
progressé sur le plan de la fiabilité, elle reste néanmoins un
maillon relativement faible des chaînes de conversion
d’énergie. Dans le cas d’applications embarquées de type
transport, les exigences en terme de fiabilité, tenant compte
de la diversité des profils de mission [2] et de l’évolution des
contraintes liée au développement de nouvelles applications,
conduisent alors à renforcer les études sur les composants
semi-conducteurs de puissance et leur assemblage de sorte à
mieux identifier et comprendre les mécanismes de
vieillissement mis en jeu.
B. Fatigue thermique
Dans le cadre de ces applications, les composants semiconducteurs
de puissance et leur assemblage subissent
généralement un cyclage thermique actif, induit par les
variations des régimes de pertes par conduction et
commutation dans les puces, elles-mêmes liées aux variations
de régimes de fonctionnement des convertisseurs. Le gradient
de température ainsi introduit entre la puce et la semelle
engendre des contraintes thermomécaniques répétées
cycliquement tout au long de la vie du composant. Les
coefficients thermomécaniques des différentes couches de
l’assemblage, visibles en figure 2, étant très dispersés, ces
contraintes produisent alors une fatigue thermique, c’est-àdire
des dégradations physiques irréversibles conduisant à
terme à la défaillance du composant et de la structure dans
laquelle il est inséré.
Fig. 2. Vue en coupe d’un transistor IGBT, module Semix 13 (Semikron)
Fiabilité et analyse de défaillances de modules
de puissance à IGBT
V. Smet
Institut d’Électronique du Sud Groupe Énergie et Matériaux (UMR 5214) – Université Montpellier 2, Place Eugène Bataillon, cc 079,
34095 Montpellier Cedex 5
nt données leur durée de vie assez élevée et la
constante évolution des technologies, il semble difficile de
baser les études de fiabilité menées sur les composants de
puissance sur des retours d’expérience. La solution est alors
de procéder à des tests de vieillissement accéléré afin de
réduire considérablement la durée des essais [3].
C. Plateforme expérimentale de vieillissement accéléré
Les essais de vieillissement par cyclage thermique actif
visent à reproduire les contraintes électriques et
thermomécaniques que
...