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L'objet de cette étude porte sur le packaging des composants actifs de puissance verticaux utilisés dans les modules de puissance, de la centaine de W à quelques kW. Nous exposerons l'approche que nous nous proposons d'appliquer pour envisager de manière innovante l'encapsulation des composants actifs de puissance. Celle-ci nous permet, entre autres, d'améliorer le comportement de la cellule de commutation traditionnellement utilisée en électronique de puissance. Nous définissons un élément générique qui pourrait être l'élément de base utilisé pour l'assemblage des modules de puissance. Le concept s'appuie sur une géométrie en 3 Dimensions de la cellule de commutation. La stratégie de mise en oeuvre est basée sur le contact faiblement pressé. Après la caractérisation électro-thermique du contact pressé dans le cas d'un contact Al-Cu puis Cu-face d'une diode, le concept a été illustré par la réalisation d'un module 3D de puissance pressé à mise en oeuvre simplifiée.

Today, power electronics has evolved in an environmental context where energy conservation is a central issue. For electronic engineers, the technological translation of this dilemma is the research of conversion structures optimizing the performance, reliability and absorbed or produced energy quality. This effort to optimize energy cannot be satisfactory without adaptive research material for industrial and domestic applications (electric aircraft, lighting ...). In this context, this work seeks innovative packaging solutions for static converters that meet the requirements of these new constraints where miniaturization, reliability or EMC immunity to disturbances are crucial., L'électronique de puissance d'aujourd'hui s'inscrit dans un contexte environnemental où l'économie d'énergie est au centre des préoccupations. La traduction technologique d'une telle problématique sera, pour l'électronicien, la recherche de structures de conversion optimisant à la fois le rendement, la fiabilité et la qualité de l'énergie absorbée ou produite. Cet effort d'optimisation énergétique ne saurait être satisfaisant sans une recherche d'adaptation matérielle aux applications industrielles ou domestiques visées (avion tout électrique, éclairage...). C'est dans ce contexte que se situe ce travail de thèse, visant à chercher des solutions innovantes en terme de package de convertisseurs statiques satisfaisant les exigences de ces nouveaux secteurs d'exploitation, dans lesquels la miniaturisation, la fiabilité ou encore l'immunité aux perturbations CEM sont déterminants.

International audience

The paper focuses on a new generation of power modules, trying to optimize the tradeoff between thermal and EMI managements. At the same time, the packaging approach is considered in order to simplify the implementation of the power dies while improving the reliability of the structure. The approach considers the hybrid integration of the power dies, one on top of the other into a 3D Chip On Chip configuration. Thanks to this structure, the power dies can be directly inserted within electrical plates, the whole structure emulating a busbar like power module. The paper presents the characteristics and the benefits of the approach. Then, it focuses on the practical characterization of two prototypes: a buck converter structure and a full bridge, single phase diode rectifier. Both of them are based on double sided thermal cooling and electro-thermal contacts are obtained by pressure. The prototypes exhibit great performances while offering really reduced parasitic and EMI coupling.