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 :
-
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 ;
-
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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Conclusion et synthèse
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5. Durée de vie des modules sous contraintes thermiques
5.1 Fiabilité et limites liées au domaine de l'intégration de puissance
Dans le vaste contexte de la sûreté de fonctionnement des systèmes, l'Association française de normalisation (AFNOR) exprime la fiabilité en ces termes : « La fiabilité est la caractéristique d'un dispositif exprimée par la probabilité que ce dispositif accomplisse une fonction requise dans des conditions d'utilisation et pour une période de temps déterminée ». Devenue l'un des paramètres essentiels, en réponse à une demande industrielle forte, la fiabilité est associée à des notions connexes comme la disponibilité, la maintenabilité, la sûreté de fonctionnement des produits et la sécurité . L'étude s'appuie alors sur une analyse statistique et probabiliste de la défaillance.
L'expression de la fiabilité R (t ) est une fonction qui associe, à chaque instant, le pourcentage de composants fonctionnels sur le lot testé :
avec :
- R (t ) :
- fiabilité à un instant t donné,
- Nt :
- nombre de systèmes ou composants fonctionnels à l'instant t donné,
-
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Durée de vie des modules sous contraintes thermiques
BIBLIOGRAPHIE
-
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- ...
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HAUT DE PAGE
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)
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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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