Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
L'augmentation des champs d'application de l'électronique de puissance conduit à l'émergence de nombreuses évolutions technologiques en corrélation avec les niveaux de sollicitations et les contraintes législatives. De par le caractère sécuritaire des modules à semi-conducteurs de puissance dans le système, il est impératif de valider la fiabilité de ces nouvelles solutions. Or, les faibles volumes de production et les grandes durées de vie objectivées limitent l'usage de l'approche statistique dans ce domaine technologique. En ce sens, cet article propose d'appréhender l'évaluation de la « fiabilité » en mettant l'accent sur une approche de la physique de défaillances des assemblages de puissance.
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Mounira BOUARROUDJ-BERKANI : Docteur de l'École Normale Supérieure de Cachan - Maître de conférences, Université Paris-Est Créteil (IUFM Créteil) - Chercheuse au laboratoire SATIE de l'ENS Cachan
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Laurent DUPONT : Docteur de l'École Normale Supérieure de Cachan - Chargé de recherche, INRETS (Laboratoire des technologies nouvelles à Versailles Satory)
INTRODUCTION
Le développement de l'électronique de puissance dans de nouveaux domaines d'usage conduit à un accroissement des niveaux de sollicitations fonctionnelles et environnementales appliqués aux modules de puissance (automobile, aéronautique…). Dès lors, de nombreuses ruptures technologiques sont développées afin de satisfaire les objectifs parfois contradictoires de maîtrise des coûts, de réduction du poids et de l'encombrement, tout en améliorant les spécifications en termes de maintenabilité et de fiabilité.
Or, un certain nombre de freins limitent l'exploitation des prescriptions définies dans le champ de la sûreté de fonctionnement et, plus spécifiquement, pour l'évaluation de la fiabilité des dispositifs intégrés à semi-conducteurs de puissance. En effet, l'évaluation de la fiabilité, indissociable de l'approche statistique, est rendue délicate de par la grande durée de vie objectivée avec un faible taux de défaillance, les nombreuses évolutions technologiques et le faible volume de production des systèmes à semi-conducteurs de puissance.
La démarche présentée dans ce dossier propose une introduction à l'évaluation de la robustesse des assemblages à semi-conducteurs de puissance à partir d'une compréhension de la dégradation physique entraînant la défaillance, avec :
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la présentation des constituants d'un assemblage de puissance conventionnel et les principaux domaines d'application ;
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en rapport avec les profils de mission imposés, le défaut de l'état de l'art des principaux modes de dégradations conduisant à des défaillances principalement d'origine thermomécaniques ;
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dans le sens de l'approche de la physique de défaillance, l'exposé des principaux mécanismes et facteurs d'endommagement et des moyens permettant de les révéler.
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Mode de dégradation des technologies d'intégration
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3. Domaines et contraintes applicatives
La présentation ci-après de quelques-unes des applications utilisant l'électronique de puissance n'est certes pas exhaustive, mais elle rend compte de l'importance de développer des systèmes adaptés à des profils de mission parfois très complexes. En effet, les modes d'usage des systèmes, dans des environnements plus ou moins sévères, conduit à des niveaux de sollicitations variés pour les différents domaines d'utilisation.
3.1 Automobile
Le marché automobile est caractérisé par une très forte concurrence conduisant les constructeurs à proposer des véhicules de plus en plus communiquant, plus confortables, et plus sécurisés. Ces améliorations conduisent à une augmentation significative de la puissance embarquée. L'alternateur, encore limité à 12 V en raison du dimensionnement, reste avec la batterie les seules sources d'énergie embarquées dans les véhicules . Cette évolution entraîne un alourdissement du véhicule, lui-même conduisant à une augmentation de la puissance de motorisation et donc de la consommation. En parallèle à cette évolution, et en complément à l'accord de Kyoto signé en 1997, l'association des constructeurs européens d'automobiles (ACEA) se fixe pour objectif de réduire à moins de 95 g/km les émissions moyennes de CO2 d'ici 2020 . Dès lors, les efforts s'organisent pour optimiser la gestion de l'énergie et rechercher des solutions pour atteindre ces objectifs.
L'utilisation de l'énergie électrique est un des principaux axes permettant l'émergence de nouvelles fonctions pour développer des véhicules automobiles plus propres et plus économes. L'utilisation des systèmes électriques, associés aux contraintes applicatives...
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BIBLIOGRAPHIE
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(2) - CIAPPA (M.) - Selected failure mechanisms of modern power modules. - Microelectronics Reliability, vol. 42, Issues 4-5, p. 653-667, avr.-mai 2002.
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(3) - MERMET-GUYENNET (M.), PERPIÑÁ (X.), PITONA (M.) - Revisiting power cycling test for better life-time prediction in traction. - Microelectronics Reliability, vol. 47, Issues 9-11, p. 1690-1695, sept.-nov. 2007.
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(5) - MALANDRUCCOLO (V.), CIAPPA (M.), ROTHLEITNER (H.), FICHTNER (W.) - A new built-in screening methodology to achieve zero defects in the automotive environment. - Microelectronics Reliability, vol. 49, Issues 9-11, p. 1334-1340, sept.-nov. 2009.
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ESREF European Symposium on Reliability of Electron Devices, Failure Physics and Analysis (conférence internationale)
EPE Europeen conference on Power Electronics and Applications (conférence internationale)
PCIM http://www.mesago.de/en/PCIM/home.htm
ECPE Europeen Center for Power Electronics http://www.ecpe.org
EPF Electronique de Puissance du Futur (conférence nationale)
HAUT DE PAGE
DO 160 (1997), Environmental condition and test procedures for airborne equipment, RTCA
IEC 60747-15, Ed. 1 : Discrete Semiconductor devices – Part 15 : Isolated power semiconductor...
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