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Soutenance de Thèse : Adem LALE

par Agnès Gaunie Picart - publié le

Architectures d’intégration mixte monolithique-hybride de cellules de commutation de puissance sur puces multi-pôles silicium et assemblages optimisés.

Jeudi 7 décembre 2017 à 10h30
Salle des Thèses du LAAS

Composition du Jury :
Mme Nathalie BATUT / Maître de Conférences HDR, Rapporteur, Département Electronique & Energie de Polytech’Tours, GREMAN.
M. Bruno ALLARD / Professeur des Universités, Rapporteur, Université de Lyon, INSA Lyon, EE Dept, AMPERE-lab.
M. Stéphane LEFEBVRE / Professeur des Universités, Examinateur, CNAM Paris, ENS Paris-Saclay, SATIE.
M. Eric LABOURE / Professeur des Universités, Examinateur, IUT Cachan, GeePs – CentraleSupelec.
Directeurs de thèse :
M. Abdelhakim BOURENNANE / Maître de Conférences HDR,IUT Paul-Sabatier Rangueil, groupe ISGE-LAAS.
M. Frédéric RICHARDEAU / Directeur de Recherche CNRS, groupe CS-LAPLACE.
Membres invités :
M. Vincent BLEY / Maître de Conférences, Université Paul-Sabatier, groupe MCE-LAPLACE.
M. Eric IMBERNON / Ingénieur de Recherche – LAAS

Résumé :

Pour de très nombreuses applications, la tendance est à l’électrification des systèmes. Les domaines les plus concernés sont ceux des transports, avec le passage à la traction électrique pour l’automobile, et l’ambition de « l’avion tout électrique » pour l’aéronautique. Dans ce contexte, les convertisseurs de puissance ont un rôle central à jouer : ils servent à la gestion de l’énergie en amont des actionneurs et des motorisations, ils sont également aux interfaces des systèmes de génération (générateurs, piles à combustible…) et de stockage d’énergie (batteries, supercondensateurs…). Les industries qui utilisent ces convertisseurs exigent des dispositifs peu coûteux, très compacts, à fort rendement énergétique et tout cela avec une fiabilité maîtrisée.
Actuellement, le module de puissance (convertisseur de puissance) standard hybride 2D est la technologie de référence qui domine le marché de la moyenne et de la forte puissance. Ce dernier se présente sous la forme d’un boitier à multi-puces discrètes. Les puces à semi-conducteur sont reliées entre elles par des faisceaux de wire-bonding (câblage par fils) pour former des cellules de commutation. La technologie d’interconnexion wire-bonding présente une grande maturité technologique et ses modes de défaillance sont bien connus aujourd’hui. Toutefois, cette technologie est un facteur limitant en termes de performances électrique et thermomécanique, d’intégrabilité tridimensionnelle et de productivité.
Ces travaux de thèse ont pour objectif de proposer et d’étudier de nouvelles architectures de convertisseurs de puissance très intégrés. En comparaison de la technologie hybride dite de référence, les architectures proposées visent à un degré d’intégration plus poussé, avec un effort d’intégration partagé et conjoint au niveau semi-conducteur (intégration monolithique) et au niveau assemblage (intégration hybride). L’intégration monolithique consiste à intégrer les interrupteurs formant les cellules de commutation dans de nouvelles architectures de puces, passant ainsi de la notion de puce dipôle à celle de macro-puce multi-pôle. L’intégration hybride repose sur le développement de nouvelles technologies de report et d’assemblage de ces macro-puces.

Pour valider les différentes architectures d’intégrations proposées, la démarche a consisté dans un premier temps à étudier et valider le fonctionnement des nouvelles puces par des simulations SentaurusTMTCAD. Ensuite, les puces multi-pôles ont été réalisées en s’appuyant sur la filière IGBT disponible dans la plateforme de micro-fabrication du LAAS-CNRS. Pour finir, les puces ont été reportées sur des cartes PCB, afin de réaliser des circuits de conversion prototypes.

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