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Chapitre 1 : Les composants de forte puissance pour la traction électrique. Notions de fiabilité et durée de vie
4.2.2 Les modes de défaillance rencontrés sur les IGBT pour la
traction
Comme le décrit Ciappa [CIA-OI], pour les modules IGBT de forte puissance destinés
à la traction, un grand nombre de modes de défaillance peut être répertorié. Néanmoins, les
principaux sont décrits dans le tableau ci-dessous [HAM-98][BAS-02].
Mode de D«aUJance
Augmentation de la
chute de tension à l'état Lente puis rapide
passant
Augmentation de la
résistance thermique,
auomentation de T'max
Apparition de fuites
émetteur-orille
Apparition de fuites
émetteur-collecteur
sous Yces
Défaut de l'isolation
collecteur/semelle
Décharges partielles
Lente
Soudaine
Soudaine
Soudaine
Soudaine
Dégradation des
connexions internes
Soulèvement des fils de
bonding sur la puce
Délamination des brasures
entre les interfaces
Rupture de l'oxyde de
rille
Rupture de l'isolement au
niveau des anneaux de
oarde
Rupture de l'isolement au
niveau de la cérami ue
Rupture de l'isolement
électri ue
Connexions internes
de uissance
Contacts des fils de
bonding ou
métallisation des
uces
Brasures
puces/céramique et
cérami ue/semelle
Isolant Siü2
Bords des puces
Isolant céramique
Bords de métalli ation
de cuivre
Tab.4: Les principales défaillances des modules IGBT de forte puissance
Vce
Rthjc
Tjmax
4.2.3 Les critères de défaillance sur les modules de puissances IGBT
Une défaillance qui survient sur un composant entraîne non seulement l'arrêt de
fonctionnement de ce dernier, mais également l'arrêt de fonctionnement de la structure dans
laquelle il est utilisé. Dans le cas d'un circuit auxiliaire (ventilateur, pompe...), le défaut peut
être acceptable. On passe, dans ce cas, dans un mode de fonctionnement dégradé qui
n'empêche pas, dans la plupart des cas, l'arrêt du système. Par contre dans le cas d'une chaîne
de traction, où le composant est directement lié au fonctionnement du moteur électrique,
l'apparition d'une défaillance est beaucoup plus critique, voire même dangereuse.
Pour palier à ces problèmes, des critères de défaillances sur de nombreux composants de
puissances ont été décidés par des institutions comme le CENELEC (European Committee for
Electrotechnical Standardization) d'après les résultats de projets européens comme
RAPSDRA (Reliability of advanced high power semiconductor devices for railway traction
applications) [RAP-98], tableau s.
Ces critères définissent un état limite acceptable pour le composant en fonctionnement. Audelà
de cette limite, l'utilisateur doit s'attendre à subir un défaut sur son système. Dans le cas
des modules IGBT de puissances, des critères ont été établis sur les modes de défaillances
répertoriés dans le tableau 4. Pour ausculter les grandeurs définissant ces critères, des mesures
plus ou moins complexes peuvent être mises en place, néanmoins dans la plupart des cas, le
recours à une maintenance prédictive et donc à l'utilisation d'une méthode de détermination
de la durée de vie doit être instaurée.
32
Iges
Ices
Viso)
Viso)