+ 2010 POLY PANACEE – Polymères pour le packaging des nouvelles applications en électronique de puissance

Porteur du projet

Hervé Morel laboratoire AMPERE

Laboratoire(s) membre(s)

DOMAINES SCIENTIFIQUES

Electronique et matériaux en conditions extrèmes

PLATEFORMES INGÉNIERIE@LYON

Matériaux- Procédés & Caractérisation

SECTEURS INDUSTRIELS

Aéronautique
Ferroviaire
Réseaux électriques (distribution & transport)

portrait du porteur

Hervé MOREL
Responsable scientifique à l’ANR, département EDu (50%)
Membre du Département Energie Electrique,
groupe Electronique de Puissance et Intégration (EPI)

Axe(s) de recherches

Transports
Énergies
Matériaux multifonctionnels recyclables

OBJECTIFS

L'intégration de puissance, c’est-à-dire la réalisation de convertisseurs électroniques de puissance sous formes compactes obtenus par assemblage de différents éléments : des puces semi-conductrices, des conducteurs métalliques, des isolants électriques... Les technologies émergentes à base de semi-conducteurs à grand gap (SiC) sont en train de révolutionner l'électronique de puissance, mais toutes ces applications utilisent des couches polymères pour « passiver » électriquement et chimiquement ces modules. Le but du projet était d'évaluer la faisabilité de l'extension de la gamme de température des films polymères utilisés dans les modules de puissance.

imag2 signature_Polypanacee

Véhicule de test : un substrat céramique métallisé (blanc avec les motifs dorés), équipé de fils de bonding (à peine visibles), à droite, et le même module après encapsulation par du polycyanurate (à gauche). Une fissure de l'encapsulant est visible. Les substrats mesurent approximativement 2x3 cm².

RÉSULTATS

Le projet a permis d'amorcer une collaboration entre les laboratoires Ampère et l'IMP sur la problématique cruciale de l'encapsulation haute température des modules de puissance. Cette collaboration est aujourd'hui largement développée notamment avec plusieurs thèses communes.

Concernant les résultats scientifiques du projet, nous avons pu montrer que le polycyanurate est un matériau dont les propriétés électriques et la stabilité thermique sont bien adaptées aux problèmes de l'électronique de puissance haute température. Cependant, ses propriétés mécaniques créent trop de contraintes sur les modules pour qu'il puisse être utilisé directement en remplacement des gels silicone habituels.

INTÉRÊT INDUSTRIEL et societal

L'électronique de puissance est la pierre angulaire de l'électrification des systèmes, qui est un axe majeur de l'amélioration de l'efficacité énergétique dans nos sociétés (transports plus électriques, énergies renouvelables produisant de l'électricité …).

Toutefois un point clef est la nécessaire fiabilité de l'électronique de puissance déployée et les polymères utilisés pour la passivation électrique des modules de puissance sont l'un des points clefs. De grands projets ont cet objectif et notamment l'ITE SuperGrid Institute à Villeurbanne qui implique les deux laboratoires.

VALORISATION - IMPACTS DU PROJET

1 thèse (2014-2016) Nour Halawani, Matériaux diélectriques innovants pour les modules de puissance
2 contacts industriels (thèse)

Le projet POLY PANACEE a permis de démarrer une collaboration fructueuse entre les laboratoires Ampère et IMP. Le laboratoire Ampère a obtenu un contrat doctoral, co-encadré par Ampère et IMP pour la poursuite des travaux. Des travaux sont aussi engagés sur les thématiques du laboratoire commun IPES, entre Ampère et le groupe SAFRAN. Enfin dans le cadre de l'ITE supergrid des thématiques industrielles justifient la poursuite de notre collaboration. Au total 2 thèses on été lancées.