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Thème 1 : Intégration hybride de puissance 3D
4 avril 2009
Nos travaux consistent à favoriser le développement de l’intégration de puissance hybride en 3D (intégration des composants passifs et des actifs, fonctionnalisation des substrats, par exemple …) en partant des matériaux et/ou de la structure de conversion et en utilisant de manière conjointe différents procédés de fabrication. Le développement d’approches méthodologiques spécifiques pour ce qui est de la réalisation, de la modélisation, de la fiabilité, constitue un point fondamental.
Notre objectif est de réaliser des briques élémentaires génériques en prenant en compte des aspects thermiques et de compatibilité électromagnétique. Ces travaux s’inscrivent tout naturellement dans le cadre du projet 3DPHI dont notre équipe a été à l’origine (www.3dphi.fr). Sous le terme intégration hybride 3D, nous désignons l’ensemble des technologies visant à faire coexister des matériaux divers afin d’assurer le fonctionnement d’un dispositif d’électronique de puissance.
Pour cela on fera appel à des matériaux choisis pour leurs propriétés physiques remarquables, en particulier, nous étudierons les matériaux céramiques qui permettent de réaliser un certain nombre de fonctions essentielles : des substrats isolants électriques et conducteurs thermiques, des condensateurs, des circuits magnétiques, des éléments de protection contre les surtensions…
Sous-thèmes de recherche :
➢ Nouveaux matériaux et technologies pour l’intégration des passifs :
* Du point de vue des applications de filtrage, nous étudions en collaboration étroite avec nos collègues du CIRIMAT (basés sur le site de l’UPS) des matériaux diélectriques à très forte permittivité à base de BaTiO3 (εr de 1000 à 10000) et des matériaux à permittivité colossales (>100000) à base de CCT.
Au delà des propriétés spécifiques des matériaux du point de vue diélectrique, les méthodes de mise en œuvre sont au cœur de nos préoccupations. La technologie de dépôt par sérigraphie de matériaux commerciaux ou synthétisés au CIRIMAT nous a permis de réaliser des structures de filtres déposés en couches. Ce type de structure pose de nouveaux problèmes de modélisation, de simulation et de conception.
* De nouveaux procédés de frittage comme le frittage SPS ou Laser sont à l’étude en vue d’augmenter les capacités d’intégration de ce type de matériaux (champ de seuil élevé, conductivité thermique…).
* L’ intégration des protections contre les surtensions par varistances à base de ZnO est une thématique relativement récente s’appuyant sur plus de 30 ans de compétences de l’équipe dans le domaine des varistances. L’objectif est ici de profiter des propriétés des varistances pour les intégrer dès la conception de la structure d’entrée ou de sortie d’un convertisseur.
* Les substrats isolants sont abordés dans le thème 2 ’Environnement du semi-conducteur haute tension et/ou haute température’.
➢ Intégration des composants actifs :
L’intégration des composants actifs de puissance dans un environnement de matériaux divers pose de nombreux problèmes allant des méthodologies de conception aux technologies d’assemblage.
* Du point de vue de la connectique , l’objectif est de proposer et d’étudier des technologies alternatives aux solutions de type « bonding » (en face avant des puces) ou brasure (en face arrière), permettant l’intégration des composants dans une approche 3D. L’élaboration de nano- ou micro-poteaux par électrodéposition de cuivre sont à l’étude.
* L’ usinage ou micro-usinage de susbstrats isolants céramiques et l’impact sur leurs propriétés sont étudiés en vue de fonctionnaliser les substrats (enterrement des puces, ou autres fonctions …) et de permettre l’assemblage 3D de matériaux à propriétés hétérogènes.
