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Chapitre 1 : Les composants de forte puissance pour la traction électrique. Notions de fiabilité et durée de vie
Transistor (IGT), Gain Enhancement Metal Field Effect Transistor (GEMFET), Conductivity
Modulated Field Effect Transistor (COMFET).
La demande grandissante de la part des industriels, notamment dans le domaine de la traction
ferroviaire pour une gamme de puissance plus étendue et un meilleur compromis entre
performance-prix-facilité de conception, a amené les chercheurs à concevoir le transistor
IGBT. Composant hybride, il associe la structure de puissance du transistor bipolaire et la
commande du transistor MOS, sur un même cristal de silicium, offrant ainsi des qualités
intéressantes pour la commande.
Aujourd'hui, l'application des IGBT dans le domaine industriel couvre une large gamme de
puissance, de quelques centaines de YA à plusieurs MYA et touche de nombreux domaines de
l'électrotechnique comme la commande de moteur, les alimentations et bien sûr la traction
pour la gamme des fortes puissances [ALO-96].
Ainsi le choix des gammes de tension de ces composants correspond d'abord à la contrainte
des caténaires alimentées sous tensions continues: 750Y pour les réseaux urbains, 1500Y pour
l'interurbain et les grandes lignes (cas du réseau national), ou encore plus rarement, le 3000Y
continu de certains réseaux grandes lignes comme ceux de l'Italie et de la Belgique [COQ-98].
2.2 Technologie et structure
2.2.1 Technologie des boîtiers
Les composants utilisés en forte puissance se présentent sous deux technologies
identifiables par leur boîtier présenté en figure 1:
- Les boîtiers moulés, communément appelés modules.
- Les boîtiers pressés, également appelés press-pack.
La figure 3 présente deux de ces boîtiers destinés à la forte puissance.
Fig.3: Boitier pressé de Thyristor (gauche) et boitier moulé d'IGBT
2.2.1.1 Les boîtiers pressés
Les boîtiers press-pack, de technologie plus ancienne que les moulés, se présentent
sous la forme d'un disque de silicium pressé entre deux disques métalliques, collecteur et
émetteur, séparés par un isolant céramique, figure 4. La connectique sur le silicium étant
interne, la force de serrage qui doit être exercée est importante et requiert donc un mécanisme
de serrage externe au composant, un clamp. Cet élément supplémentaire augmente ainsi le
coût, le poids et l'encombrement du dispositif. Néanmoins le grand avantage de ces structures
réside dans le fait qu'elles présentent une grande résistance à la fatigue thermique du fait de
l'absence de liaisons filaires internes et de brasure entre les différents matériaux.
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