Caractérisation de matériaux isolants liquides dédiés à la

THESE au laboratoire AMPERE de LYON.
Caractérisation de matériaux isolants liquides dédiés à la passivation
secondaire des modules d'électronique de puissance.
Cette thèse s'inscrit dans la problématique globale du packaging des composants et
modules d'électronique de puissance. Un des points critiques est la passivation des composants à l'échelle du module avec l'objectif de mettre en ÷uvre des solutions alternatives
aux matériaux actuels qui permettent d'assurer la tenue en tension dans les modules de
puissance haute tension.
La hausse du calibre en tension des composants d'électronique de puissance a atteint
la limite d'utilisation des gels de type silicone comme passivant secondaire. Les liquides
diélectriques, qui ont déjà fait leurs preuves dans les transformateurs de puissance en tant
qu'isolant et uide caloriporteur apparaissent comme une alternative intéressante à ces gels
[1],[2],[3].
La structure d'un module de puissance est constituée d'un empilement de couches de
natures très diérentes (céramiques, polymères, semi-conducteur, conducteur). Les permittivités et les conductivités de ces matériaux, qui peuvent être très diérentes, conduisent
à une structure du champ électrique fortement inhomogène et au nal à une activité de
décharges au delà d'un seuil acceptable dans certaines zones.
Si l'intérêt de l'utilisation des liquides diélectriques a été montré dans les transformateurs, la nature des interfaces et les facteurs d'échelles dans un module de puissance sont
bien diérents. De plus, l'électronique de puissance introduit des prols de tension à fronts
raides qui vont soumettre les passivants à de forts gradients de tensions.
Dans un package, la hausse du calibre en tension impose naturellement une augmentation de l'épaisseur du substrat au détriment de l'ecacité de l'évacuation thermique de
l'empilement. La participation du passivant à la gestion thermique d'un module d'électronique de puissance reste aujourd'hui un verrou [4] sur lequel une réexion doit être menée.
L'objectif du travail de thèse est de proposer des liquides assurant une bonne tenue en
tension sous diverses contraintes électriques pour les composants d'électronique de puissance haute tension.
Cette évaluation reposera sur l'analyse du comportement électrique (décharges partielles,
claquage, conduction ...) du matériau. Le couplage des fonctions isolement et refroidissement sera évalué pour répondre aux cahiers des charges des applications à venir.
Le travail à mener s'appuiera sur les objectifs à atteindre suivants :
Tenue en tension.
Impact des décharges partielles négligeables.
Transport des calories ecace.
Compatibilité technologique avec l'élaboration du composant.
Prol du candidat :
Formation ou expérience en mesures physiques et en métrologie.
Goût avéré pour la mesure et l'instrumentation indispensable.
Une formation initiale en génie électrique serait appréciée.
Cette thèse nécessite de mettre en ÷uvre des compétences dans plusieurs domaines
de la physique : l'électricité et les matériaux. La personne recrutée devra se former
et faire preuve de curiosité pour monter en compétence dans ces deux domaines.
Anglais apprécié (lecture et écriture de doucuments, déplacements à l'étranger).
Financement :
Bourse ministérielle pouvant être associée à un contrat d'enseignement (3 ans).
Modalité de dépôt de candidature :
Adresser CV, lettre de motivation, et relevé de notes de dernière année.
Contacts :
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http ://www.ampere-lab.fr/
Références
[1] A. Abdelmalik, A. Nysveen, and L. Lundgaard, Partial discharges in liquid embedded
power electronics : Eects of pressure and liquid nature under negative pulse voltage
stress,
IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 23, no. 2, pp.
11191125, 2016.
[2] K. B. Liland, C. Lesaint, L. Lundgaard, M. Hernes, and W. R. Glomm, Liquid insulation of igbt modules : Long term chemical compatibility and high voltage endurance
testing, in
Dielectrics (ICD), 2016 IEEE International Conference on, vol. 1.
IEEE,
2016, pp. 384389.
[3] A. Abdelmalik, A. Nysveen, and L. Lundgaard, Partial discharges in narrow gaps
on power electronic converter, in
Electrical Insulation and Dielectric Phenomena
(CEIDP), 2014 IEEE Conference on.
IEEE, 2014, pp. 3134.
[4] K. Vladimirova, Nouveaux concepts pour l'intégration 3d et le refroidissement des semiconducteurs de puissance à structure verticale, Ph.D. dissertation, Grenoble, 2012.