Study of thermomechanical fatigue of power electronic modules under high environemental temperatures for automotive applications
| Autor: | Bouarroudj-Berkani, Mounira |
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| Přispěvatelé: | Bouarroudj-Berkani, Mounira, Laboratoire des Technologies Nouvelles (INRETS/LTN), Institut National de Recherche sur les Transports et leur Sécurité (INRETS), Systèmes et Applications des Technologies de l'Information et de l'Energie (SATIE), École normale supérieure - Cachan (ENS Cachan)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Université de Cergy Pontoise (UCP), Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Conservatoire National des Arts et Métiers [CNAM] (CNAM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, Zoubir Khatir, Stéphane Lefebvre(khatir@inrets.fr) |
| Jazyk: | francouzština |
| Rok vydání: | 2008 |
| Předmět: |
[SPI.OTHER]Engineering Sciences [physics]/Other
thermo mechanical models [SPI] Engineering Sciences [physics] [SPI.OTHER] Engineering Sciences [physics]/Other Modules IGBT High temperature FEM simulation Cyclage actif Modèle thermo-mécaniqu cyclage passif [SPI]Engineering Sciences [physics] IGBT Failures combination cycling Cyclage combiné Power and thermal cycling Haute température Modes de défaillance simulation à éléments finis |
| Zdroj: | Sciences de l'ingénieur [physics]. École normale supérieure de Cachan-ENS Cachan, 2008. Français |
| Popis: | The work presented in this thesis focused on the study of thermo-mechanical fatigue of IGBT power modules inverters integrated 600V-200A for electric and hybrid traction applications. We sought to evaluate the holding of these modules to thermal cycling constraints (power and thermal) under high ambient temperatures.Thus, the first part of this thesis presents the experimental tests conducted under power cycling during which we sought to assess the reliability of IGBT modules (600V-200A) operating at different ambient temperatures (case temperatures) and different temperatures junction (chips temperature). To try to understand the physical mechanisms involved in the degradation of the assembly, testing were stopped when a failure criterion indicate a possible initiation of degradation processes.In the second part, we focused on the reliability of substrate/case solders under the same conditions of thermal cycles. Given the usual acceleration factor chosen for the ageing of these solders is the amplitude of thermal cycles, we sought in this part to evaluate not only the effect of the amplitude of thermal cycles but also the effects of levels of the high and low dwells on the initiation of cracks in these solders and their propagation rate during the cycling. Finally, to understand and analyze the behavior of soldering and assembly under thermal constraints, we perform numerical simulation which is presented in the last part. We applied the same temperatures conditions as those imposed in the experimental part and then locate and evaluate the constraints undergone by the assembly. Above all, we give some answers to establish a link between the parameters of thermal cycling liabilities and the physical quantities that are affecting the lifetime of solders. Finally, we present a numerical study in which we sought to simulate the combined effect of power and thermal conditions on thermo-mechanical constraints in IGBT modules to reflect the constraints imposed in a real application. Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l'étude de la fatigue thermomécanique de modules IGBT onduleurs intégrés de puissance 600V-200A destinés à des applications de traction automobile électrique et hybride. Nous avons cherché à évaluer la tenue de ces modules aux contraintes de cyclages (actif et passif) sous températures ambiantes élevées. Ainsi, la première partie de cette thèse présente les tests expérimentaux réalisés en cyclage actif durant lesquels nous avons cherché à évaluer la tenue des modules IGBT (600V-200A) fonctionnant à différentes températures ambiantes (température de semelle) et différentes températures de jonction (température des puces). Afin de chercher à comprendre les mécanismes physiques mis en jeu dans la dégradation de l'assemblage, les essais ont été arrêtés rapidement dès lors qu'un indicateur de défaillance laissait supposer une initiation de processus de dégradation.Dans la deuxième partie, nous nous sommes focalisés sur la tenue des brasures substrat/semelle dans des conditions de cycles thermiques passifs. Sachant qu'habituellement le facteur d'accélération retenu pour le vieillissement de ces brasures est l'amplitude des cycles thermiques, nous avons cherché dans cette partie à évaluer non seulement l'effet de l'amplitude des cycles thermiques mais aussi les niveaux des paliers haut et bas sur l'initiation des fissures dans ces brasures et leurs propagation au cours du cyclage. Enfin, pour comprendre et analyser le comportement de la brasure et de l'assemblage sous les contraintes de cycles thermiques, une étude par simulation numérique est présentée dans la dernière partie. Une étude numérique effectuée sous des conditions de température similaires à celles imposées dans la partie expérimentale a permis de localiser et d'évaluer les contraintes thermomécaniques que subissent les éléments de l'assemblage. Surtout, nous donnons des éléments de réponse permettant d'établir un lien entre les paramètres thermiques du cyclage passif et les grandeurs physiques qui sont influent sur la durée de vie des brasures. Enfin, cette partie se termine sur une étude numérique dans laquelle nous avons cherché à simuler l'effet combiné des cyclages actifs et passifs sur les contraintes mécaniques au sein des modules IGBT afin de rendre compte des contraintes imposées aux modules dans une application réelle. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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