M. AZZOPARDI Stéphane	Né le 30 janvier 1970 à Toulouse
Page Web : http://www.kawalab.dnj.ynu.ac.jp/~azzo/

Adresse professionnelle au Japon

Kawamura Laboratory - http://www.kawalab.dnj.ynu.ac.jp/ Yokohama National University 79-5 Tokiwadai, Hodogaya-ku Yokohama, Kanagawa 240-8501, Japon

Téléphone	Fax	Adresse électronique
+81-45-339-4162	+81-45-338-1157	azzo@kawalab.dnj.ynu.ac.jp

Structure d'accueil au Japon

Type	Responsable scientifique
Université publique	Prof. Kawamura Atsuo
Période de séjour au Japon	Mode de financement
De décembre 1998 à décembre 2000	Bourse JSPS

Thème	Evaluation des IGBT pour les applications vehicule electrique
Mots-clés	IGBT - Module hybride de puissance - Simulation physique 2D - Vehicule electrique - Composants semi-conducteur de puissance - Materiaux composites Al/SiC
Domaines de recherche	Électronique
Domaines d'application	Automobile electrique - Traction ferroviere

Publications

S. Azzopardi, J.-M. Thebaud, E. Woirgard, C. Zardini, P. Sable , "Al/SiC Baseplate Hybrid Power Modules : Evaluation of the Thermomechanical Performances", IEEE International Workshop on Integrated Power Packaging, septembre 1998, Chicago, USA, pp. 74-78

S. AzzopardiI, C. Jamet, J.-M. Vinassa, C. Zardini, "Switching Performances Comparison of 1200V Punch-Through and Non Punch-Through IGBTs under Hard-Switching at High Temperature", IEEE Power Electronics Specialits Conference, volume 2, mai 1998, Fukuoka, Japon, pp. 1201-1207

Activités scientifiques

Le but des travaux au cours de ce doctorat etait de realiser le report de composants de puissance de type IGBT sur des nouveaux materiaux afin d'accroitre la fiabilite des modules hybrides de puissance ainsi realises et de pouvoir integrer l'electronique de commande sur un moteur a courant continu. Ces composants doivent fonctionner a des temperatures elevees. Ces etudes couvraient les domaines de l'electronique de puissance, de la thermique, et de l'hybridation de composants. Les interrupteurs de puissance a IGBT sont desormais des elements cles dans la commande de moteurs electriques. L'application de ces composants a la realisation de modules destines a fonctionner a temperature elevee necessite de disposer de semi-conducteurs possedant des caracteristiques electriques appropriees. Par consequent, une optimisation des composants par modelisation physique a l'aide de simulateurs est necessaire afin de pouvoir predire au mieux leur comportement a temperature elevee. Dans un premier temps, nous avons developpe en collaboration avec le Professeur K. Shenai de l'Universite de l'Illinois a Chicago un modele physique bi-dimensionnel d'IGBT. Cette modelisation fait appel a une methode non destructive d'extraction de parametres qui s'appuie sur des mesures electriques simples. Une bonne similitude des formes d'onde de la tension collecteur-emetteur et du courant de collecteur simules et obtenus experimentalement permet d'analyser le comportement interne du transistor sous divers modes de fonctionnement. Ainsi, de nombreuses etudes relatives au fonctionnement de l'IGBT a temperature elevee ont mis en evidence le bon comportement des IGBT et ceci jusqu'a 200 °C. De plus, les IGBT symetriques presentent des caracteristiques dynamiques beaucoup moins perturbees par la temperature que les IGBT asymetriques, limitant ainsi l'auto-echauffement et les pertes generes dans le transistor. Dans un second temps, afin d'accroitre la fiabilite des assemblages hybrides de puissance et de minimiser leur resistance thermique, les pastilles doivent etre reportees sur des substrats a conductivite thermique elevee et a coefficient de dilatation lineaire adapte. Une optimisation thermomecanique des assemblages a l'aide de semelle Al/SiC devrait permettre d'accroitre considerablement fiabilite du module. Des vehicules de test ont ete realises utilisant le procede de "brasage sous vide" ce qui permet de reduire les lacunes presentes dans les joints brases, et ont ete soumis a des vieillissements acceleres de type choc liquide-liquide (-125°C/+55°C). Afin de suivre la degradation des vehicules de test, une mesure de la resistance thermique a ete effectuee a intervalle regulier. Alors que les assemblages utilisant des semelles en cuivre sont tres rapidement degrades, l'evolution de la resistance thermique et donc de la degradation des assemblages a semelle Al/SiC par fatigue thermique reste tres faible, et ceci meme apres 2700 chocs. L'utilisation de semelles Al/SiC a donc permis d'augmenter considerablement la fiabilite des modules hybrides de puissance. Nous pensons donc que cette technique d'assemblage peut representer une excellente solution intermediaire entre les modules a semelle en cuivre et ceux utilisant la technique de "pressage" encore immature pour les IGBT.

Projets

L'evolution des technologies et les mesures prises au niveau de la protection de l'environnement, notamment dans le domaine de l'automobile, permettant de penser que le vehicule electrique aura une place importante dans notre societe dans un futur proche. Ce type de vehicule permettra, au niveau des villes "etouffees" par la pollution due aux gaz d'echappement produits par les vehicule thermiques, de ne pas nuire a la qualite de l'air et par consequent de l'environnement. De nombreuses entreprises automobiles se sont deja penchees sur cette amelioration et les efforts menes sont de plus en plus importants. Deja de nombreux vehicules ont vu le jour dans differents pays (Etats-Unis, Japon, Allemagne, France, ...). Neanmoins, il est necessaire de reduire les couts de production et d'optimiser l'electronique qui est chargee de la commande du moteur electrique. Un des elements cle de cette electronique de commande est le composant semi-conducteur qui est destine a piloter le moteur. Il y a eu de nombreux composants de puissance destines a cette fonction, mais celui qui semble etre le plus prometteur et avoir le meilleur compromis "vitesse-perte" est le composant IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor ou Transistor Bipolaire a Grille Isolee). Ce transistor est ne dans les annees 1980 et a sans cesse evolue. Les industriels investissent enormement au niveau de la recherche pour obtenir le composant "ideal". C'est dans l'objectif de l'optimisation de la commande de moteur electrique que le Laboratoire du Professeur Atsuo Kawamura de l'Universite Nationale de Yokohama a oriente un de ses axes de recherche depuis plusieurs annees. Deja de nombreuses etudes ont vu le jour en collaboration avec des partenaires industriels. Le projet de recherche de stage post-doctoral propose au candidat est tout d'abord une suite logique des travaux de recherche qu'il a entrepris lors de son doctorat au Laboratoire de Microelectronique I.X.L. de Bordeaux. En effet, le sujet de son doctorat etant "Contribution a la caracterisation et a la modelisation de l'IGBT en vue d'une hybridation destinee a fonctionner a temperature elevee pour le vehicule electrique", il a deja pu aborder tous les problemes lies a ce composant et a la temperature. Ainsi, ce projet de recherche de stage post-doctoral intitule "Evaluation des IGBTs pour le vehicule electrique" devrait etre tres prometteur et devrait permettre au candidat de completer ses connaissances tant dans le domaine des composants semi-conducteur de puissance, mais aussi dans celui de la commande de moteur electrique. Le but final de ce projet serait de concevoir un nouveau composant IGBT. Ce projet peut se decomposer en plusieurs parties distinctes qui devraient permettre au candidat d'evoluer progressivement dans ses investigations. Dans un premier temps, il sera necessaire de faire une evaluation des possibilites de l'IGBT pour les vehicules purement electriques et/ou hybrides. De nombreux fabriquants proposent des produits tres divers. Mais sont-ils adaptes et surtout optimises pour le vehicule electrique? Puis, il sera utile de clarifier quels sont les apports necessaires -au composant semi-conducteur- pour permettre de mener a bien cette approche. Ainsi, une troisieme etape consacree a la proposition d'un nouveau composant IGBT verra le jour. Des considerations purement technologiques au niveau du semi-conducteur seront donc necessaires. Ensuite, toutes ces considerations devront etre validees dans un premier temps par le biais de simulations numeriques intensives. De nombreux simulateurs bases sur la resolution des equations de la physique du semi-conducteur existent et ont fait leur preuves tant dans le domaine industriel qu'universitaire. Puis dans un second temps, une fois que toutes les grandeurs physiques et technologiques du composant IGBT seront fixees, il faudra realiser ce composant grace notamment a une cooperation avec un industriel du composant semi-conducteur. Finalement, une fois le composant realise, une campagne de tests en laboratoire puis sur le vehicule electrique devra etre menee afin de confirmer et de valider les resultats theoriques. Deux points importants sont a signaler : De nombreux contacts avec des industriels japonais sont a prevoir, et certainement des sejours de plusieurs semaines afin de suivre les operations de fabrication du nouveau composant IGBT. Ce sujet interesse aussi le Laboratoire I.X.L. qui s'est investi depuis quelques annees dans le domaine du vehicule electrique.