Thèse soutenue

Vieillissement et modes de défaillances de modules de puissance IGBT stressés en régime de cyclage thermique actif à hautes températures
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Auteur / Autrice : Vanessa Smet
Direction : François ForestJean-Jacques Huselstein
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie électrique, électronique, photonique et systèmes
Date : Soutenance le 25/11/2010
Etablissement(s) : Montpellier 2
Ecole(s) doctorale(s) : Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2014)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'électronique et des systèmes (Montpellier)
Jury : Président / Présidente : André Chrysochoos
Examinateurs / Examinatrices : François Forest, Jean-Jacques Huselstein, André Chrysochoos, Stéphane Lefebvre, Alan Mathewson, Frédéric Richardeau
Rapporteurs / Rapporteuses : Zoubir Khatir, Yvan Avenas

Mots clés

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Résumé

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Cette thèse a pour objet l'étude de la fiabilité de modules de puissance triphasés à IGBTs 200 A - 600 V, destinés à la construction d'onduleurs de traction pour des applications automobiles hybrides ou électriques. Ces travaux visent à évaluer la tenue de ces modules de puissance en régime de cyclage thermique actif à hautes température, en mettant l'accent sur leur résistance à la fatigue thermomécanique. Deux approches complémentaires ont été mises en oeuvre dans ce but: tests de vieillissement accéléré et modélisation numérique. Une compagne d'essais de vieillissement par cyclage actif a été menée avec des profils de température variés, définis par la température ambiante et la variation de température de jonction des IGBTs, utilisés comme facteurs d'accélération des contraintes. Au cours de ces tests, les composants ont électriquement fonctionné dans des conditions semblables à une application réelle (commande MLI). L'objectif était d'identifier les modes de défaillance, d'estimer l'influence des facteurs d'accélération du vieillissement, et d'évaluer la pertinence des indicateurs de défaillance classiques dans ces conditions de stress thermiques sévères. Aussi, afin de mieux comprendre les mécanismes de défaillance responsables de la fatigue de l'assemblage des modules considérés, une modélisation thermomécanique visant à déterminer l'impact des modèles de comportement mécanique sur la durée de vie estimée des brasures, a été développée. La réponse de l'assemblage à des contraintes de cyclage actif similaires à celles appliquées durant les essais a été évaluée par analyse numérique. Les différentes lois de comportement ont été comparées en termes de contraintes, déformations plastiques, et densité d'énergie plastique dans les brasures.