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Chapitre IJ : Estimation de la durée de vie de modules IGBT pour un véhicule hybride
9.2.3 Cycles longs et cycles courts
Pour ce qui est des zones de l'empilement que l'on veut fatiguer, il est clairement
établi que trois interfaces sont particulièrement sensibles à ces essais de cyclage. Il s'agit de la
puce silicium, siège des pertes Joules et sensible au niveau de température, des fils de
bonding, soudés avec une méthode ultrasonique sur la métallisation de la puce et qui sont
soumis à de fortes densités de courant (plusieurs centaines d'ampères par mm 2 ), et enfin de la
brasure céramique-semelle, sujette à la délamination lorsque des variations thermiques
agissent sur une grande partie de la vie du composant. Ces trois zones définissent ainsi le type
d'essai à appliquer sur les composants; un cyclage long, ou un cyclage court.
Dans le cas où nous voulons tester la tenue à la fatigue thermique des couches supérieures de
l'empilement, nous réalisons un cyclage possédant des phases courtes (1 à 2s) ce qui conduit à
des résultats rapides puisque dans le cas d'un cyclage 1s ON - 2s OFF, environ 29000
cycles/jours peuvent être effectués.
Par contre si nous souhaitons évaluer la tenue à la fatigue de la brasure, il est nécessaire
d'augmenter ce temps Uusqu'à plusieurs dizaines de secondes) pour permettre au flux de
chaleur d'atteindre les couches les plus basses et permettre ainsi l'apparition de gradient de
température dans cette zone. Dans ce cas, il est évident que les essais seront de plus longue
durée puisque avec un cycle 25s On-50s OFF, seulement 1152 cycles thermiques/jours
pourront être effectués.
9.2.4 Système de refroidissement
Ces bancs sont équipés d'une circulation d'eau. Ils permettent ainsi l'évacuation de
l'énergie calorifique accumulée dans le module durant la phase de chauffage grâce à
l'utilisation d'un refroidisseur à eau pour chaque composant sous test. Ces boîtes à eau, en
cuivre, possèdent une circulation d'eau originale qui favorise l'uniformité de la température
de semelle et évite ainsi les forts gradients de température sur la surface supérieure de cette
interface. C'est grâce à l'intercalation des canaux d'arrivée et d'évacuation du fluide que cette
caractéristique est obtenue. De plus amples informations peuvent être trouvées dans le
mémoire de thèse d'Hamidi.
9.2.5 Mise en série des puces IGBT
Les modules que nous testons et qui sont présentés au paragraphe 3 de ce chapitre sont
des modèles DUAL, avec 2 IGBT par module et leur diode en anti-parallèle. Même si la
structure physique de l'empilement est identique pour les IGBT et pour les diodes, ces
dernières sont moins sensibles au cyclage du point de vue électrique. Par conséquent le choix
de faire uniquement cycler les IGBT s'est présenté naturellement. Ainsi les deux IGBT du
module, représentant un bras d'onduleur, sont continuellement commandés, permettant au
courant de cyclage de circuler dans les deux puces à la fois. Néanmoins, les caractéristiques
électriques, de chaque puce présente dans le module, IGBT et diode, ont été relevées.
9.2.6 Conditions de cyclage
Comme nous avons pu le détailler en fin du chapitre précédent, le power cycling se
compose de trois phases thermiquement différentes, mais identiques du point de vue temporel.
Ainsi, puisque nos bancs sont composés de trois postes de cyclage, représentant les trois
phases, chaque type d'essais est appliqué sur un nombre de trois composants. Bien entendu,
ce nombre de composants sous test est faible, mais devant l'investissement en terme de temps
et de travail nécessaire à ces essais, il ne nous a pas été permis d'augmenter ce nombre.
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