COSYSTEMAThèmes de rechercheSystèmes intégrés de puissance Tests de viellissements Afficher le menu principal

Tests de viellissements

Dans les systèmes de puissance embarqués, les modules IGBT sont soumis à de nombreuses formes de stress qui peuvent se combiner partiellement ou totalement de façon très variable. Cependant, la fatigue thermique représente une des causes principales de défaillance des modules IGBT. Son impact varie selon le type de sollicitations subit par le module et selon le type de boîtier utilisé. Pour ces raisons, les travaux réalisés au laboratoire sont essentiellement liés à la fatigue thermique de ces dispositifs.

Les essais consistent donc à faire subir à des véhicules de tests des contraintes thermiques cycliques dont l'objectif est d'une part de révéler les modes de défaillances représentatifs du vieillissement en usage et d'autre part d'analyser les dégradations structurelles.

Deux types de cycles thermiques sont mis en œuvre : les cycles passifs qui sont dus à l'environnement et les cycles actifs qui sont dus à l'auto-échauffement des puces. Les premiers peuvent être de très fortes amplitudes (parfois jusqu'à 250°C) mais de très faibles fréquences, les seconds sont de plus faibles amplitudes (quelques dizaines de degrés Celsius) mais beaucoup plus fréquents. Les premiers sont reproduits à l'aide de moyens de tests environnementaux(enceintes climatiques,…), les seconds utilisent des bancs de cyclage de puissance développés au laboratoire. Par ailleurs, des modélisations thermiques et thermomécaniques sont menées afin d'évaluer les contraintes que subissent les composants dans les applications.

La combinaison test de vieillissement/analyse des défaillances et des dégradations et l'estimation des contraintes thermomécaniques et électro-thermiques subies par les composants nous permet d'éclairer et de modéliser les mécanismes de dégradation.

Ces travaux ont permis de révéler, par exemple, de comprendre les mécanismes de dégradation qui affectent les substrats céramiques isolants métallisés(DCB) et les joints de brasures et d'expliquer l'apport de technologies nouvelles ou de nouveaux matériaux. Des modélisations par éléments finis ont également permis de révéler le comportement et l'effet de durcissement des films de cuivre dans les modules électroniques et d'expliquer les fractures observées des substrats isolants. Des dégradations de nouvelles brasures spécifiques "hautes températures" ont également pu être mises en évidence par les tests expérimentaux comme des cavitations formées par des phénomènes de thermo-migration dues aux niveaux élevés de températures de fonctionnement.