Évaluation des mécanismes de défaillance et de la fiabilité d’une nouvelle terminaison haute tension : approche expérimentale et modélisation associée

Evaluation of failure mechanisms and reliability of new high-voltage power switches : experimental approach and modeling associated

• Auteur / Autrice : Fedia Baccar El Boubkari
• Direction : Eric Woirgard, Loïc Théolier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 01/12/2015
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'intégration du matériau au système (Talence, Gironde)
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Morancho
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Christophe Crebier, Gaël Gautier, Stéphane Azzopardi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hervé Morel
• DOI : 10.70675/e130e161z4099z4fe0za339z2849b252d318

Mots clés

Mots clés contrôlés

Terminaisons à tranchée profonde

Fiabilité

Simulation par ordinateur

MOS (électronique)

Composites -- Délaminage

Semiconducteurs -- Jonctions

Essais accélérés (technologie)

Méthode des éléments finis

Analyse des Temps entre défaillances

Mots clés libres

Deep Trench Termination (DT2)

Fiabilité

Vieillissement accéléré

Contrainte mécanique

Tenue en tension

Frittage de la pâte d’argent

Modélisation par éléments finis

TCAD SENTAURUS

Deep Trench Termination (DT2)

Reliability

Accelerated ageing

Mechanical stress

Breakdown voltage

Silver paste sintering technology

Finite element modeling analysis

TCAD SENTAURUS

Résumé

Ces travaux s’intègrent dans le projet de recherche SUPERSWITCH dans lequel des solutions alternatives à l’IGBT, utilisées dans les convertisseurs de puissance dans la gamme des tenues en tension 600-1200 V, sont envisagées. Les nouvelles structures du transistor MOS basées sur le principe de Super-Jonction tel que le transistor DT-SJMOSFET et sa terminaison originale, la « Deep Trench Termination » se propose comme alternative aux IGBT. Dans ce contexte, cette thèse se focalise sur la caractérisation de la robustesse de la terminaison DT2 adapté à une diode plane. Après avoir effectué un état de l’art sur les composants de puissances à semi-conducteur unidirectionnels en tension, les terminaisons des composants de puissance et la fiabilité des modules de puissance, un véhicule de test a été conçu en vue de réaliser les différents essais de vieillissement accéléré et suivi électrique. La fiabilité de la terminaison DT2 a été évaluée par des essais expérimentaux et des simulations numériques, dont une méthodologie innovante a été proposée. Au final de nouvelles structures ont été proposées pour limiter les problèmes de délaminage et de charges aux interfaces mis en avant dans notre étude.

This work is a part of the research project SUPERSWITCH in which alternatives solutions to the IGBT, are investigated. This solution was used IGBT in power converters in the 600-1200 V breakdown voltage range. The new MOSFET structures based on the super-junction, such as the DT-SJMOSFET and its ''Deep Trench Termination'', is proposed as an alternative to IGBT. In this context, this thesis focuses on the robustness characterization of the DT2 termination adapted to a planar diode. After a state of the art on unidirectional voltage power components, the power components termination, and power modules reliability, a test vehicle has been designed in order to carry out different accelerated ageing tests and electrical monitoring. The reliability of DT2 termination was evaluated by experimental tests and numerical simulations. An innovative modeling methodology has been proposed. Finally, new structures have been proposed to limit the delamination failure mechanisms and interface charges problems highlighted in this thesis.