Méthode de caractérisation thermique de transistors de puissance adaptée au refroidissement par ébullition libre : Application à la caractérisation de dissipateurs en cuivre fabriqués par impression 3D et frittage

Dans le cadre de la transition énergétique, l’électronique de puissance fait face à plusieurs défis afin de satisfaire la forte augmentation de la puissance électrique transitée. Les composants semi-conducteurs à grands gap autorisent la conversion de plus fortes puissances mais soulèvent de nombreux problèmes électromagnétiques et thermiques au sein des modules de puissance. Cette problématique thermique tend à remodeler le packaging des modules de puissance afin de moins contraindre thermiquement les puces semi-conductrices et leur assemblage. Concernant cette problématique de gestion thermique, l’association d’une réduction d’interfaces entre la puce semi-conductrice et le fluide réfrigérant et d’une amélioration des transferts de chaleur permet de diminuer grandement la résistance thermique du module de puissance.Aussi ces travaux de thèse s’inscrivent dans ce contexte de suppression d’interfaces et d’amélioration des échanges thermiques. Le refroidissement direct sans isolation électrique de composants semi-conducteurs de puissance est alors recherché et le choix de l’ébullition libre est fait de part ces meilleures performances de refroidissement pour un mode de transfert passif et sa plus simple mise en œuvre par rapport à une boucle diphasique. Aussi, l’objectif de ces travaux de thèse est de mettre au point une méthode de caractérisation du refroidissement de transistors de puissance par ébullition libre. Un banc expérimental instrumenté a alors été réalisé utilisant le fluide HFE 7200 comme fluide caloporteur et isolant électrique. Une méthode de mesure de la température de jonction des transistors de puissance est employée à partir d’un paramètre électrique thermosensible, la tension de commande des transistors. Cette méthode de mesure permet de caractériser le refroidissement en régime statique ainsi qu’en dynamique. L’application de cette méthode de caractérisation est faite sur des dissipateurs en cuivre structurés, imprimés par impression 3D et frittés.