Impression métal sur substrat céramique métallisé pour ...

Impression métal sur substrat céramique métallisé pour application en

électronique de puissance

Joel Alexis

LGP – INP/ENIT

Equipe d’accueil EA 1905

56 enseignants-chercheurs

(18 PU et 38 MC dont 4 HDR)

62 doctorants et cotutelles

5 post-doc, 3 ATER

3 postes secrétariat

Conception

Intégrée

Multi-échelle

DIDS

Décision et

Interopérabilité

pour la Dynamique

des Systèmes

5 PR / 12 MC

SDC

Systèmes

Décisionnels

et Cognitifs

François Pérès

4 PR / 7 MC

CNU 61

CNU 61, 63, 27

IMF

Interfaces

et Matériaux

Fonctionnels

Valérie Nassiet

4 PR / 8 MC

M2SP

Mécanique des

Matériaux, des

Structures

et Procédés

Olivier Dalverny

4 PR / 10 MC

CNU 60

CNU 33, 60

50% STI, Génie

Mécanique et

Matériaux

50% STIC, Production,

Automatique

et Génie Electrique

Activités transversales entre plusieurs équipesInterdisciplinarité et transdisciplinarité

1

La Fabrication Additive à l’ENIT

Matières premières ((fil, poudres, nuances …)

Procédés de fabrication

Machines de fabrication

Méthodes de conception (optimisation topologique, manuel de conception …)

Chaine logicielle (compatibilité, intégration chaine logicielle)

Parachèvement (usinage, traitement thermique, de surface, CIC…)

Contrôle (dimensionnel, non destructif …)

Projets

2014-2018 Projet ANR METALTECHNICS,Partenaires : IRT, Ariane Group, Airbus, Thales Alenia Space,

Exova, Aubert & Duval, Esteve, Tomoadour, 3A, ENIT, CNRS

2016-2020 Projet FUI ADDIMAFIL,Partenaires : Ariane Group, Safran Helicopter Engines, Airbus

Defense and Space, VLM, Alphanov, Polyshape, Ventana, ESTIA,

ENIT

2018-2021 Projet ANR MACCADAM,Partenaires : LMGC, CEMEF, ICA, ENIT, POLYSHAPE

2019-2021 Projet région FASTER,Partenaires : FUSIA, SPINODAL, LGP, LIEBHERR, ENIT

2019-2020 Projet ANDURRO,Partenaires : IRT …., ENIT

2019 Contrat SAFRAN

2019-2021 Projet MAMA,Partenaires : IRT, Airbus, Aubert & Duval, ENIT

2

2017-2020 Cifre Héphaïstos-Cousso

2019-2022 Cifre Halbronn 3D

Impression métal sur substrat

céramique métallisé pour application

en électronique de puissance

4Ce document et les informations qu’il contient sont la propriété de Safran. Ils ne doivent pas être copiés ni communiqués à un tiers sans l’autorisation préalable et écrite de Safran

Elodie Martin, Rabih Khazaka, Joel Alexis

Contexte de l’étude

Document SAFRAN



Limites du module actuel• Haute inductance parasite due aux

interconnections filaires

• Fiabilité des brasures

• Mauvaise gestion thermique due au

refroidissement simple face et aux

empilements de couches



7

Procédé complexe

Fortes contraintes mécaniques sur la

brasure large surface

Surface

d’échange

limitée

Choix d’encapsulant contraint

Utilisation TIM

organiques

Brasage ou frittage sur des

leadframe et couplage

thermique au refroidisseur

via TIM isolant

Brasage et refroidissement

direct

Brasage par bump et

couplage thermique avec

refroidisseur

Déposition multicouches et

couplage thermique avec

refroidisseur

Ce document et les informations qu’il contient sont la propriété de Safran. Ils ne doivent pas être copiés ni communiqués à un tiers sans l’autorisation préalable et écrite de Safran

Objectifs de l’étude

Développer un module de puissance refroidi double face par fabrication

additive pour réaliser le radiateur et les connectiques directement sur un

substrat en céramique AlN métallisé Al

• Très bonne performance thermique

• Possibilité d’utilisation à très haute

température

• Augmentation de la densité de puissance

surfacique et volumique des

convertisseurs

• Bonne précision et possibilité de

connecter des pads de faibles dimensions

• Réduction des étapes et du temps

d’assemblage


Démarche

Microstructure

Propriétés intrinsèques des matériaux

Propriétés interfaciales

Procédé

Développement

techniques expérimentales & simulation

o Verrous technologiques

o Contraintes thermomécaniques liées aux variations de température

o Contraintes mécaniques liées aux vibrations et aux chocs

o Contraintes liées à la corrosion des matériaux constitutifs des

équipements

o Contraintes combinées rencontrées pendant le cycle de vie du

produit


Procédé SLM

Paramètres de l’étude

• Différentes géométries

• Différentes stratégies

d’élaboration

• Différentes finitions

• Différents TTH

Microstructure


Propriétés des murs


150

200

250

300

350

400

450

100 150 200 250 300 350 400

UT

S (

MP

a)

YS (MPa)

Initial State - V

Initial State - H

100h 200°C - V

100h 200°C - H

400h 200°C - V

400h 200°C - H

1000h 200°C - V

1000h 200°C - H

TTh 2h 250°C - V

TTh 2h 250°C - H

TTh 2h 250°C + 100h 200°C - V

TTh 2h 250°C + 100h 200°C - H

TTh 2h 250°C + 400h 200°C - V

TTh 2h 250°C + 400h 200°C - H

TTh 2h 250°C + 1000h 200°C - V

TTh 2h 250°C + 1000h 200°C - H

Shell molding – T6

Casting (150°C)

2h 300°C - V

2h 300°C - H

Etude de la déformation des substrats

Méthodologie



Influence géométrie


Cambrure

maximale


Influence TTh


Cambrure

maximale


Durabilité


Cambrure

maximale

Tenue mécanique des interfaces


Influence vieillissement thermique

Tenue mécanique des interfaces


Mode de ruptureTTh + Vieillissement 100

cycles

Sens de sollicitation

Merci pour votre attention

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