Fiabilité et Diagnostic des Composants Électroniques de Puissance pour applications Automobiles



Partenaires : ANR FIDEA VTT (laboratoire LTN IFSTTAR, IMS, SATIE, P’, CEMES, LAAS, Sociétés Freescale, Actia, PSA))

Chercheurs impliqués : A. Rashed (doctorant), J-J. Huselstein (MCF), F. Forest (Pr)

Durée : 36 mois (2012-2014)

A bord des véhicules conventionnels apparaissent de plus en plus d'organes électriques, pour répondre aux besoins de confort, de réduction de la consommation et d'optimisation de fonctions. Par ailleurs, dans le cas de véhicules électriques (VE) et hybrides (VEH), des fonctions de traction sont assurées par des convertisseurs électroniques de puissance. Pour ces dernières applications, les marchés des véhicules hybrides dans les différentes architectures possibles commencent à se développer à une échelle « série ». En particulier en Europe, sur la base d’architectures micro-hybride jusqu’à mild-hybride, en général en basse tension (< 50V) les annonces de production série sont de plus en plus nombreuses. Ces éléments conduisent à une augmentation constante du nombre de composants de puissance installés dans un véhicule et de ce fait à une plus grande occurrence des défaillances de ces composants. Simultanément pour réduire les coûts, la zone active de ces composants est de plus en plus réduite, ce qui entraine une augmentation continue du stress électro-thermo-mécanique appliqué. Or du fait des processus de fabrication et des méthodes modernes de maintenance la défaillance d’un composant conduit en général à la destruction du module. Tout ceci conduit à une exigence très élevée en termes de défaut de fiabilité, exigence qui devra être atteinte progressivement au fur et à mesure de l’augmentation progressive de puissance électrique installée sous peine d’handicaper fortement cette évolution nécessaire aux objectifs de réduction de consommation. Pour atteindre un tel objectif, il est d’abord essentiel de pouvoir comprendre les modes et mécanismes de défaillance des modules de puissance suivant les types d’usage normaux et anormaux. Mais une telle étude ne peut être envisagée qu’au niveau du système d’électronique de puissance en tenant compte de l’environnement applicatif réel. Ce projet s’inscrit dans la continuité du programme EPO-Auto+ (PREDIT 3) dont une partie (FIDUCOHT) était déjà consacrée à la fiabilité. Il permet, tout en bénéficiant de l’ensemble des acquis d’EPO-Auto+ d’approfondir les éléments nouveaux dégagés sur le thème particulièrement important de la fiabilité. De même, il bénéficiera de l’expérience de collaboration à un grand nombre de partenaires ainsi que de tous les acquis organisationnels qui ont été mis en place à l’occasion du développement de ce programme.

 


Stress électrique post irradiation des transistors MOS de puissance pour les systèmes embarqués spatiaux



Partenaires : ANR PiGS (ONERA, CNES, Sociétés Thales Alenia Space, TRAD, EADS …)

Chercheurs impliqués : J-J. Huselstein (MCF), F. Forest (Pr)

Durée : 48 mois (2012-2015)

At present, space actors are highly concerned with heavy ion-induced power MOSFETs hard failures and in particular by oxide rupture after heavy ion irradiations. In order to guarantee the reliability of space systems, contractors have to follow qualification procedures. The US military standard for heavy ion testing, MIL-STD-750E method 1080, recommends performing a Post-irradiation Gate Stress (PiGS) in order to reveal latent defects sites that might have been created during irradiation. Unfortunately, this type of test can only be considered as a pass or fail test. With a too much restrictive approach, rare are the devices to be qualified. Even if the US test method is accurate on most of the points, the main issue is related to the Post-irradiation Gate Stress. What is lacking is that this part of the US Test Standard has neither been dedicated to real space missions nor adapted to space environment. The PiGS test has even no physical basis justifying performing it for space applications. Working from fundamental to applicative, we aim at drawing test standards dedicated to the engineer in charge of space applications. The qualification of power MOSFETs for space applications is one of the major challenges for European space actors. The independence of European end-users and manufacturers is clearly at stake. Consequences in practice are at a geopolitical level and related to the ITAR legislation.