E. NICOLAY, "Fiabilité des TRIACs dans le quadrant 3 par choc thermique par di/dt", mars-juin 2001.
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Stage : [THESE096]

Titre : E. NICOLAY, Fiabilité des TRIACs dans le quadrant 3 par choc thermique par di/dt, mars-juin 2001.

Cité dans : [DIV121]  Liste des rapports de stages IUT, DEA, P2I EIT, stages de fin d'études, avril 2013.
Auteur : Estelle Nicolay

Responsable : Thierry LEQUEU - Enseignant chercheur
Responsable : Stéphane FORSTER - Doctorant
Info : Projet Industriel de Fin d’Études - École d’Ingénieurs de Tours - Filière : électronique analogique.
Stockage : Thierry LEQUEU
Date : du lundi 26 février 2001 au vendredi 22 juin 2001

Vers : Sommaire
Vers : PARTIE A - PRESENTATION DU LMP SUR LE SITE DE ST MICROELECTRONICS - 7
Vers : PARTIE B - CAHIER DES CHARGES - 13
Vers : PARTIE C - ANALYSE DE L'EXISTANT - 17
Vers : PARTIE D - DEMARCHE SUIVIT POUR Q3 - 61
Vers : PARTIE E - RESULTATS - 85
Vers : TABLES DES ANNEXES
Vers : Bibliographie


Sommaire

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INTRODUCTION 5


PARTIE A - PRESENTATION DU LMP SUR LE SITE DE ST MICROELECTRONICS - 7

TOP

I. LE LABORATOIRE DE MICRO-ELECTRONIQUE DE PUISSANCE (L.M.P) 8
1. Présentation du laboratoire 8
2. Thèmes de recherche 9
3. Les partenaires du L.M.P 9
II. LE GROUPE ST MICROELCTRONICS DANS LE MONDE 10
1. Activités du groupe 10
2. Ressources et investissements 10
3. Récompenses 11
III. LE SITE DE TOURS. 11
1. Activités et production 11


PARTIE B - CAHIER DES CHARGES - 13

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I. RESPONSABLE INDUSTRIEL. 14
II. CONTEXTE DE L'ETUDE : 14
III. OBJECTIFS FIXES: 14


PARTIE C - ANALYSE DE L'EXISTANT - 17

TOP

I. FONCTIONNEMENT DU TRIAC. 16
1. La structure. 17
2. Caractéristiques statiques. 17
3. Modes de déclenchement commandé du TRIAC par un courant de gâchette. 18
4. Modes de déclenchement parasites. 23
5. Le Snubber : introduction au problème étudié. 23
6. Mécanisme de fermeture par la gâchette avec fort di/dt dans le quadrant Q3. 24
7. Conclusion. 30
II. TECHNOLOGIES DE TRIAC RENCONTREES. 31
1. La tenue en tension en périphérie d'une jonction. 31
2. Les techniques. 32
3. Les Technologies. 33
4. Conclusion. 35
III. DESCRIPTION DU TRIAC ETUDIE : LE Z0103MA. 36
1. Architecture du composant. 36
2. Caractéristiques électriques. 37
3. Caractéristiques sur la tenue du TRIAC au di/dt. 37
4. Conclusion quand à notre étude. 37
IV. LA FIABILITE. 39
1. Qu'est ce que la fiabilité? 39
2. La courbe en baignoire. 39
3. Le taux de hazard. 40
4. Conclusion. 41
V. PROCEDURE DE DETECTION DES DEFAUTS LATENTS. 42
1. Définition de la contrainte 42
2. Différents test de fiabilité 42
3. Test accéléré : choc thermique par di/dt ("self-heating"). 43
4. Conclusion. 44
VI. BANC D'ESSAIS : TEST ACCELERE EN DI/DT REPETITIF. 45
1. Banc de commutation: 45
2. Banc de mesures. 46
3. Programmes d'exploitation des mesures sous Matlab. 47
VII. LE QUADRANT Q2. 48
1. Procédure de fiabilité par choc thermique, méthodologie suivit dans Q2. 48
2. Résultats obtenus dans le quadrant Q2. 50
VIII. PISTES DONNEES DANS LE RAPPORT DE G. COANT QUANT A LA LOCALISATION DES DEFAUTS DANS Q3. 57
IX. CONCLUSIONS. 59


PARTIE D - DEMARCHE SUIVIT POUR Q3 - 61

TOP

I. PREMIERE ETAPE. 62
II. DEUXIEME ETAPE. 66
III. TROISIEME ETAPE. 67
IV. QUATRIEME ETAPE. 69


PARTIE E - RESULTATS - 85

TOP

I. MECANISME DE DEFAILLANCE DES TRIACS DANS Q3. 86
1. Mécanisme de fusion des points chauds 86
2. Premier mécanisme de défaillance : fatigue de la métallisation de cathode 86
3. Deuxième mécanisme de défaillance : contamination du silicium. 89
II. LOI DE DISTRIBUTION SUIVIT PAR LE MODE DE DEFAILLANCE DES TRIACS DANS Q3. 90
III. TESTS ACCELERES 90

CONCLUSION 93


TABLES DES ANNEXES

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ANNEXE 1 : Oscillogrammes de commutation des triacs dans Q3. 3
ANNEXE 2 : Oscillogramme de la fermeture par la gâchette avec un fort di/dt utilisé pour la simulation thermomécanique et électrique sous DESSIS. 7
ANNEXE 3 : Caractéristiques du triac Z01 de ST Microelectronics. 8
ANNEXE 4 : Les principales lois de probabilité utilisées en fiabilité. 15
ANNEXE 5 : Différents tests de fiabilité 21
ANNEXE 6 : Synoptique du générateur d'impulsions. 23
ANNEXE 7 : Interface traceur - utilisateur sous Labview. 24
ANNEXE 8 : Opérations chimiques : préparation pour l'analyse des puces. 25
ANNEXE 1.a : Retrait de la résine transfert des boîtiers : Procédure pour traiter les produits avec fils Aluminium ou Or. 26
ANNEXE 1.b : Retrait métaux sur puces et plaquettes. Procédure pour traiter les produits avec fils Aluminium ou Or. Ici méthode rapide et non sélective : eau régale. 28
ANNEXE 9 : Observation des défauts de structure au microscope à émission. 29
ANNEXE 10 : Microscope à Infra rouge 30
ANNEXE 11 : Détection de points chauds par la méthode de cristal liquide. 31
ANNEXE 12 : Microsection 33
ANNEXE 13 : Distributions statistiques de défaillance (Première étape). 35
ANNEXE 14 : Comparaison entre les oscillogrammes de commutation avec le générateur d'impulsions de Thierry Lequeu et de Arnaud Florent. 37
ANNEXE 15 : Distributions statistiques de défaillance (Quatrième étape). 39
ANNEXE 16 : Estimation des paramètres de la loi de distribution 43


Premiers conseils

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Lien : conseils.htm - dans [DATA052]
  [1] :  [DATA052] M. HUBIN, L'expérience d'un enseignant chercheur au service de la communauté, http://perso.wanadoo.fr/michel.hubin/ , novembre 2002.
  [2] : [99DIV085] Guide de mesures des paramêtres d'un triac à l'aide du traceur type 576.
  [3] : [99DIV121] T. LEQUEU, Travaux Pratiques d'Electronique de Puissance - 1998/1999, EIVL, 5ème année, Option Micro-électronique, octobre 1998.
  [4] : [99ART029] T. LEQUEU, Comment faire une recherche bibliographique au Laboratoire de Micro-électronique de Puissance L.M.P. de Tours, octobre 2001, 40 pages.
  [5] : [THESE086] A. FLORENCE, Etude et réalisation d'un banc de caractérisation des triacs. Etude comparative de la fiabilité de composant issues des technologies MESA-GLASS et TOP GLASS, projet de fin d'études DESS Electronique de Puissance, avril-septembre 2000, 43 pa
  [6] : [THESE053] G. COANT, Limites de fonctionnement des triacs à la fermeture, EIVL, option Microélectronique de Puissance, février-juillet 1998.
  [7] : [99DIV012] S. RADJA, Etude et réalisation d'une commande TRIAC pour le test de fiabilité di/dt répétitif, rapport de projet EIVL, janvier 1999.
  [8] :  [DIV194]  S. FORSTER, Fiabilité des TRIACs - Rapport interne LMP, version du 11 septembre 2000.
  [9] : [SHEET349] J.M. SIMMONET, Analyse du fonctionnement du triac type TOP-Glass par amorçage en dI/dt par la gâchette dans Q2, rapport interne STMicroelectronics, août 1998.
 [10] :  [DIV127]  Scientific Software Group, MATLAB - Formation, Mai 1998, 109 pages.
 [11] : [LIVRE031] M. MOKHTARI, A. MESHAB, Apprendre et maîtriser MATLAB.


Bibliographie

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Références : 15
Site : http://www.weibull.com
  [1] : [LIVRE219] P. ROBERT, Volume II : Matériaux de l'électrotechnique, Ed Dunod, 1987.
  [2] : [LIVRE200] D. BROEK, Elementary Engineering Fracture Mechanics, June 1982, Martinus Nijhoff Publishers, 524 pages.
  [3] : [LIVRE041] J. ARNOULD, P. MERLE, Dispositif de l'électronique de puissance volume 1 et 2, édition Hermès.
  [4] :  [PAP158]  -------
  [5] : [LIVRE234] R.B. ABERNETHY, The New Weibull Handbook, 1996, 536 Oyster Road, North Palm Beach, FL 33408-4328.
  [6] : [LIVRE233] W. NELSON, Applied Life Data Analysis, Wiley, April 1982, 656 pages.
  [7] : [LIVRE232] W. NELSON, Accelerated Testing: Statistical Models, Test Plans, and Data Analyses, Wiley-Interscience, 1990, 616 pages.
  [8] : [LIVRE063] W. KUO, W.-T. K. CHIEN, T. KIM, Reliability, yield, and stress burn in: a unified approach for microelectronics systems manufacturing and software development, Kluwer Academic Publishers, january 1998.
  [9] : [LIVRE198] J.C. LIGERON, P. LYONNET, La fiabilité en exploitation, organisation et traitement des données,2° édition, 2 volumes, Technique et Documentation, Lavoisier, septembre 1992.
 [10] : [LIVRE041] J. ARNOULD, P. MERLE, Dispositif de l'électronique de puissance volume 1 et 2, édition Hermès.
 [11] :  [PAP158]  -------
 [12] : [THESE053] G. COANT, Limites de fonctionnement des triacs à la fermeture, EIVL, option Microélectronique de Puissance, février-juillet 1998.
 [13] : [LIVRE200] D. BROEK, Elementary Engineering Fracture Mechanics, June 1982, Martinus Nijhoff Publishers, 524 pages.
 [14] : [LIVRE137] T.I. BAJENESCU, M.I. BAZU, Reliability of electronics components - A practical guide to electronic systems manufacturing, Springer, 1999, 509 pages.
 [15] :  [DIV246]  P. RAULT, Composants de puissance et applications, Cours de l'Ecole d'Igénieur de Tours, 2000/2001.

L
Matériaux de l'électrotechnique
P. ROBERT
DUNOD
Propriétés mécaniques[Chap
6;p.311 à p.323]

L
Elementary engineering fracture mechanics
D. BROEK
Martinus
Nijhoff
Fracture d'un matériau du à
une fissure.

L
Dispositifs de l'électronique de puissance.
J. Arnould
P. Merle
Hermes
Livre du prof de Romain,
possession du résumer.

S
weibull.com
Site de fiabilité

L
The New Weibull Hand Book (96)
Abernethy
B. Robert
536 Oyster
Road , North
Palm Beach, FL
33-408-4328

L
Applied Life Data Analysis (82)
W. Nelson
Ney-York: John
Wiley et Sons,
(800)879-4539
Traitement des données
statistiques en fiabilité

L
Accelerated Testing: Statistical Models, Test
Plans, et data Analysis
W. Nelson
Ney-York: John
Wiley et Sons,
(800)879-4539

L
Reliability, yield, and stress Burn-in
Way Kiu, Wei-
Ting Kary
Chien, Taeho
Kim
Kluwer
Academic
Publishers
La fiabilité pour les systèmes
de microélectronique.

L
La fiabilité en exploitation. TOM 1 et 2.
(Organisation et traitement des données)
J-C Ligeron;
P.Lyonnet
Tek et Doc
Livre générale sur la fiabilité
des systèmes

L
Dispositifs de l'électronique de puissance
(DEP).
J. Arnould
P. Merle
Hermes
Regroupe toutes les notions
importantes de la
microélectronique de
puissance.

C
Boîte A Outils pour Dispositifs
d'Electronique de Puissance
J. Arnould,
P. Merle
Institut des
Sciences de
Montpelier
Regroupe les points clefs du
livre DEP. Notions sur la tenue
en tension[p.39].

R
Limites de fonctionnement des TRIACs à la
fermeture Fracture
G. Coant
ST, EIVL

L
Elementary Engineering Fracture Mechanics
D. Broek
Martinus
Nijhoff
Publishers
Mécanisme de fracture et
evolution des fissures

L
Reliability of electronic components
T.I. Bajenescu
M.I. Bazu
Springer

C
Composants de puissance et applications
P. Rault
Ecole
d'Ingénieurs de
ToursT


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