Etude des phénomènes thermiques dans un MOSFET en commutation : mesure de la température à haute résolution spatiale et temporelle par radiométrie proche infrarouge et confrontation à un modèle thermique

par Sonia Dhokkar

Thèse de doctorat en Génie électrique

Sous la direction de Patrick Lagonotte.

Soutenue en 2008

à Poitiers .


  • Résumé

    Cette étude concerne les phénomènes transitoires thermiques locaux dans les composants électroniques de puissances. Le composant étudié est un MOSFET (faible tension, fort courant) utilisé dans la réalisation du convertisseur réversible StARs (Starter Alternator Reversible system). Autre que le fonctionnement en régime permanant et périodique qui engendrent une forte dissipation thermique, le MOSFET de puissances utilisés dans les onduleurs basse tension, nécessite une bonne tenue en régime d’avalanche. Pour aborder les problèmes thermiques de ces composants durant ces différents régimes de fonctionnement, notre démarche a consisté en une analyse fine du composant, le développement d’une méthode expérimentale complétée par une modélisation thermique fine en 3D du composant électronique. En premier, un important travail de caractérisation du MOSFET a été effectué. Les paramètres géométriques, physico-chimiques et thermo-physiques utilisés dans les deux approches, sont obtenus à partir d’une caractérisation fine du composant électronique étudié. Ensuite, l’étude et la réalisation d’un montage permettant la mesure de la température de la puce semi-conductrice à haute résolution spatiale et temporelle, la localisation des points chauds ainsi que la détermination de la répartition de température à la surface du composant a été effectuée. La bande spectrale de mesure est située dans le très proche infrarouge ([λ=1-1,7μm]). Plusieurs configurations de montage ont été réalisées pour déterminer les meilleurs compromis entre résolution spatiale, résolution temporelle et niveau de la température à mesurer nécessitant à chaque fois un important travail d’étalonnage optique et thermique. Une validation des mesures sur un fil chaud, de 5μm de diamètre étalonné en température a été réalisé mettant en évidence la haute résolution spatiale obtenue par ce montage ainsi que la sensibilité des détecteurs à des faibles variations de température. Des mesures de température en surface du MOSFET, pendant des cycles de fonctionnement périodique et impulsionnel, sont réalisés. Une étude du comportement thermique local du MOSFET durant le phénomène est effectuée. Enfin, l’utilisation d’un logiciel de modélisation par éléments finis 3D, permet de déterminer la diffusion thermique dans le composant en associant les phénomènes électriques (dissipation). Une comparaison entre les simulations obtenues à partir d’une modélisation thermique simplifiée et les résultats obtenus par le modèle détaillé est réalisée. Une comparaison des résultats du modèle détaillé et des mesures dans le cas d’une commutation avec avalanche est effectuée.

  • Titre traduit

    Study of the thermal phenomena in a MOSFET in communication, temperature measurement with high spatial and temporal resolution by near infra-red radiometry and confrontation with an electro-thermal model


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Informations

  • Détails : 1 vol. (234 p.)
  • Annexes : Bibliogr. 126 réf.

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