Résultats expérimentaux préliminaires

L’émergence de composants de puissance susceptibles de fonctionner à haute

température implique de pouvoir tester ces derniers dans conditions thermiques

sé-vères. Cette nécessité de réaliser des tests de vieillissement pose la question de la mise

sous contrainte thermique du composant testé, sans pour autant vieillir

prématuré-ment les autres éléments nécessaires au banc de test (carte de test, câbles,

connec-teurs, instruments de mesure ...). Dans le cadre de ces travaux, une méthode de mise

sous contrainte thermique localisée des composants de puissance par un faisceau

la-ser continua été développée et a fait l’objet d’un dépôt de brevet (fig.4.15).

F

4.15 – Banc de test permettant la mise en contrainte thermique par laser

L’échauffement thermique du composant est réalisé grâce à l’interaction d’un

faisceau laser avec un des niveaux de métallisation du composant électronique. Pour

se faire, une étape de préparation par chimie permet d’enlever les matériaux

d’enro-bage. La puce, désormais à nue présente des métallisations accessibles optiquement.

F

4.16 – Illustration de la préparation subi par un composant dans un boîtier TO-247

avant utilisation du banc laser

En utilisant un laser dans le proche infrarouge sur des métallisations comme le

cuivre ou l’aluminium, une partie du flux de photons est directement absorbée par le

métal et contribue à un échauffement de la structure par effet photo-thermique et par

la thermalisation des porteurs libres du métal. Cet échauffement en surface du

com-posant contribue à générer un gradient de température dans la verticalité du boîtier

qui s’accompagne d’un rayonnement thermique dans l’air ainsi que d’une diffusion

thermique au travers du substrat puis de la semelle du boîtier.

En utilisant une source laser de quelques Watt en régime continu, il est possible

d’obtenir un niveau de température de l’ordre de 150 à 200 °C localisé au boîtier du

composant et en particulier sur la surface irradiée. Le contrôle de la température peut

s’effectuer par l’utilisation d’un paramètre thermo-sensible interne comme une

jonc-tion PN ou la mise en œuvre d’un équipement de mesure de la température

(ther-mocouple, caméra thermique...). Le laser utilisé est un laser continu d’une longueur

d’onde de 1, 5µm, d’une puissance maximale de 10 W ayant un faisceau collimaté

sur un diamètre de 10 mm. Le centrage du faisceau sur le composant est effectué par

un laser de pointage coaxial au laser de chauffage. Cette méthode permet donc de

conduire des tests à haute température sans contraindre l’électronique de contrôle

constituée des cartes, composants et connectiques qui demeurent à la température

d’ambiance du laboratoire.

Pour notre étude la puissance utilisé est de 2, 5W, ce qui nous a permis d’atteindre

une température moyenne d’environ 140 °C sur la surface de la semelle. Dans cette

version du banc de test les informations sur la température sont obtenues au moyen

d’un thermocouple positionné sur la semelle du composant. La figure4.17présente

l’évolution de la température mesurée au cours du test. On peut constater que sa

valeur varie dans une gamme comprise entre 135°C et 145°C. Cette variabilité de la

température résulte de l’imprécision de la mesure obtenue par le thermocouple mais

également de la non maîtrise de la température de la pièce dans laquelle le test a été

mené.

FIGURE4.17 – Evolution de la température mesurée sur la semelle du composant au cours du

test

La contrainte électrique appliquée sur le composant, est demeurée, identique à ce

qui a été présenté dans le chapitre précédent. Une tension continue Vg s=25 V est

ap-pliquée sur la grille alors que le drain et la source du composant sont reliés à la masse.

A intervalle régulier, une mesure de la résistance à l’état passant (RDS,ON) est réalisée

en appliquant une impulsion de 10 A pendant 100µsentre le drain et la source du

composant et en mesurant la chute de tension induite par le passage de ce courant. Le

composant est maintenu à l’état passant, pendant la mesure, par une tension VGS=20

V.

Evolution duR_DS,ON

Les résultats obtenus au cours de ce test sont présentés à la figure4.18. Sur les 700

heures, la résistance à l’état passant a augmenté de 20% avec une valeur initiale de

180mΩpour s’établir à environ 220mΩà l’issue du test. Au delà, des variations dues

au bruit de la mesure, on peut constater des chutes brutales du RDS,ONautour de 200

et 600 heures de test. Ces événements peuvent sans doute s’expliquer par une

varia-tion de la température d’ambiance de la pièce dans laquelle le test est réalisé. Pour

se prémunir de ce type de phénomène il conviendra, dans une prochaine version du

banc de test, de confiner le composant testé dans un enceinte dont la température est

régulée.

Cette variabilité dans l’évolution de la résistance à l’état passant implique que le

processus Gamma ne peut plus être utilisé pour modéliser l’évolution de la

dégra-dation du composant. En effet un processus Gamma étant par définition monotone

pourprendre en compte le caractère croissant mais non-monotone de l’évolution du

RDS,ON.

FIGURE4.18 – Evolution de la resistance à l’état passant d’un MOSFET 4H-SiC au cours d’un

test HTGB avec V

=25 V et T

=140°C