Mesures thermiques par thermoréflectance en électronique de puissance Application à l’ IGBT

Mesures thermiques sur la métallisation de l’émetteur d’une puce IGBT « vieillie »

Dans toute étude expérimentale de fiabilité des composants IGBT, le premier objectif est de reproduire les contraintes thermiques et électriques que ces composants pourraient subir dans une application réelle. Les tests de vieillissement accélérés, tels que le test de cyclages actifs, sont souvent utilisés pour reproduire les contraintes thermiques induites par l’auto-échauffement du module d’IGBT. 129 Ces tests devraient permettre de comprendre les mécanismes physiques de dégradation et de vieillissement des modules de puissance IGBT, et d’améliorer la fiabilité du composant. Ces tests conduisent à une dégradation de la métallisation des puces et des fils de bondings à la surface des IGBT.

Il est donc important d’étudier comment les dégradations affecteront le comportement thermique dans l’environnement de la puce. Le but de l’étude suivante est de réaliser des mesures par thermoréflectance afin d’étudier l’influence du vieillissement par cyclages actifs sur la cartographie thermique de la métallisation de l’émetteur d’une puce IGBT.

Vieillissement par cyclage actif

Principe du test

Le test de cyclage actif ((Power Cycling Test en anglais – PCT) s’effectue par injection d’un courant de puissance pendant une durée (Ton) suivi de l’arrêt de l’injection de ce courant pendant une durée (Toff) afin d’induire des phases d’échauffement et de refroidissement contrôlées dans le module (cf. Figure IV.1). Ainsi, une variation de température ΔTj correspond à un cycle d’une durée {Ton+Toff}. Ce cycle de température est répété jusqu’à l’apparition de dégradations et l’atteinte d’un critère de fin de vie pour le nombre de cycle à défaillance [Car03, Cho18]. Il existe plusieurs stratégies de test de cyclage actif qui mènent à des estimations différentes de la durée de vie. Les principales stratégies sont celles à courant constant, à puissance constante, et à variations de température constante ΔTj.

Conditions de test et observation optique

Les tests de cyclage actif ont été effectués uniquement sur le bras central du module commercial SKIM63(voir chapitre 3 partie 7.1) en utilisant la stratégie à ΔTj constante. Celle-ci consiste à réguler le ∆Tj tout au long du vieillissement. Cette régulation a pour conséquence une compensation des effets des dégradations puisque vers la fin, la puissance se réduit nécessairement pour maintenir ce contrôle. ` Les tests de cyclage accélérés ont été réalisés à une température de référence de 55°C. Les conditions expérimentales de ce test sont résumées dans le tableau IV.1.