Advanced technological integration for power electronics modules
Intégration technologique alternative pour l’élaboration de modules électroniques de puissance
Résumé
Performances, efficiency and reliability are among the main issues in power electronics. Nowadays,
3D packaging solutions increase standard planar module (2D) performances, for instance EMC.
However such integrations are based on complex manufacturing, especially concerning interconnections.
Improvements require global and advanced solutions. This work depends on two proposed concepts : a
coupled design of the power devices and their associated package and a collective wafer-level process
fabrication. A technological offer is proposed based on an innovative power packaging toolbox. Our
approach is materialized by the fabrication of a 3D polyphase power module which proved to be more
efficient and reliable. The benefits are more precise process manufacturing, lower EMI generation and
lower inductive interconnections.
As a matter of fact, this work offers a new and advanced technological integration for future power
electronics modules, perfectly suitable for the wide bandgap semiconductors.
Les performances, l’encombrement, l’efficacité et la fiabilité des dispositifs sont parmi les enjeux
majeurs de l’électronique de puissance. Ils se traduisent sur la conception, la fabrication et le packaging
des semiconducteurs. Aujourd’hui, le packaging 3D apporte des réponses concrètes à ces problématiques
en regard de l’approche standard (2D). Malgré les excellentes propriétés de ces modules 3D au niveau de
la réduction de la signature CEM et du refroidissement, la réalisation, notamment les interconnexions,
est complexe. Une approche globale prenant en compte un maximum de paramètres a été développée
dans cette thèse. L’ensemble de ce travail s’appuie sur deux propositions que sont la conception couplée
entre les composants et le packaging ainsi qu’une fabrication collective à l’échelle de la plaque des
modules de puissance. Elles se combinent par la mise en place d’une filière d’étapes technologiques
appuyée sur une boite à outils de procédés génériques. Cette approche est concrétisée par la réalisation
d’un module de puissance 3D performant et robuste adressant des convertisseurs polyphasés avec des
gains aussi bien sur les procédés de fabrication que sur le module lui-même ainsi que sur le système
final.
Ce travail offre une nouvelle vision alternative pour l’élaboration des modules électroniques de
puissance. Il ouvre également des opportunités pour une fabrication et un packaging plus performants
pour les nouveaux semiconducteurs grand gap.
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