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Systèmes intégrés de puissance

Physique des défaillances et robustesse des systèmes intégrés de puissance

Ces travaux concernent les systèmes convertisseurs intégrés de puissance à semi-conducteurs. Ces dispositifs, déjà existants dans le domaine ferroviaire pour la traction, doivent être intégrés dans les systèmes routiers pour le développement des véhicules électriques et hybrides mais également aéronautiques pour la commande d'actionneurs (cadre de l'avion "plus électrique"). Quoique les profils de mission et les contraintes soient différents dans ces trois domaines des transports, les objets identiques et permettent d'avoir une synergie et une dynamique de recherche importante.

Ces dispositifs tendent vers de forts niveaux d'intégration(afin de réduire l'encombrement et le poids des équipements) et donc vers des densités de puissance élevées. La conséquence est qu'ils sont soumis à des conditions environnementales sévères en termes de niveaux de température mais également en termes de variations de température. Les premiers réduisent la fiabilité et les seconds sont un facteur aggravant de dégradation.

Les travaux visent à la compréhension des mécanismes physiques de dégradation et le vieillissement de ces dispositifs. Des tests de vieillissements, à l'aide d'outils originaux, couplés à des modélisations numériques des comportements électrothermiques et thermomécaniques de ses dispositifs, dans leurs conditions d'usage, permettent de mettre en évidence les mécanismes de défaillances et d'évaluer les technologies. La démarche entreprise est celle d'une approche physique de la fiabilité. L'enjeu est celui de l'amélioration de la fiabilité des systèmes embarqués dans les véhicules.

 

Potentialité des composants grands Gaps (SiC) pour les transports

Cette activité est étendue aux composants semi-conducteurs grands gaps, essentiellement en carbure de silicium (SiC), afin d'explorer leurs potentialités d'utilisation dans les systèmes de transports. Ceci est justifié par le besoin d'une électronique de puissance dans des ambiances hautes températures qui est devenu un enjeu stratégique majeur pour le domaine des transports.

En effet, les composants actifs à base de silicium sont physiquement limités dans leurs applications dès lors que des besoins concomitants en niveaux élevés de tension et de températures ambiantes sont nécessaires. Les matériaux "grands gaps" (SiC, GaN et diamant) présentent l'avantage de pouvoir dépasser ses limites. Leur utilisation apparaît comme une réponse aux environnements très sévères en température et permettra par exemple la réduction des systèmes de refroidissement,  mais également la montée en fréquence de commutation qui entrainera la réduction de volume des composants passifs. Ce besoin s'est d'abord fait sentir dans le domaine avionique dans le cadre du développement de l'avion "plus électrique" mais le mouvement est suivi dans les domaines ferroviaire et automobile. Les travaux, initiés avec nos partenaires académiques et industriels, ont pour objectif de démontrer l'apport que peut constituer l'utilisation de ces matériaux pour les transports.