Contribution à l'amélioration de la fiabilité des modules IGBT utilisés en environnement aéronautique

L’augmentation de la puissance electrique consommee a bord des avions a recemment conduit a introduire des convertisseurs electroniques de puissance a base d'interrupteurs a IGBT dans de nombreuses applications aeronautiques. L'utilisation de ces interrupteurs differe de leurs emplois traditionnels dans les domaines du ferroviaire ou de l'automobile. En effet, les sollicitations environnementales ainsi que les cycles de commandes electriques sont differents de ceux rencontres jusqu’alors, ce qui amene a remettre en cause les resultats actuels au sujet de la duree de vie et de la fiabilite de ces interrupteurs. Face a ces interrogations, les societes THALES et Hispano-Suiza se sont associees au sein du programme de l’avion plus electrique MODERNE (MODular ElectRical NEtwork) initie par Airbus, en vue de developper des solutions a haut niveau de fiabilite pour des applications aeronautiques severes. C’est dans ce contexte que prennent place les presents travaux, dont les objectifs sont dans un premier temps de proposer de nouvelles architectures de modules susceptibles de presenter de meilleures performances d’integration, et dans un second temps d’en etudier la fiabilite. Pour repondre a ces questions, un etat de l'art des technologies utilisables a ete mene. La confrontation de ses technologies aux contraintes et recommandations aeronautiques a conduit au choix de deux approches d'assemblage, proposees avec un jeu de materiaux selectionnes pour leurs proprietes physiques et en conformite avec les reglementations sur l’utilisation de materiaux polluants. A l'issue d'une analyse de defaillances, differents developpements ont ete conduits afin de modeliser et caracteriser le comportement thermique, mecanique puis a defaillance des modules. Des modeles Elements Finis de structures representatives des solutions proposees ont alors ete mis au point et exploites pour l'elaboration de regles de conception, sur la base de plans d'experiences couples a de la simulation numeriques. Les informations generees ont servi a la conception de trois prototypes destines a des applications differentes. Les performances de ces prototypes ont ete evaluees, notamment leurs fiabilites obtenues par des calculs mecano-fiabilistes ayant permis l'optimisation de la conception des differents modules.