Dissipateur pour des temps courts <1s

[crevette24]

Cette question reviens souvent et à chaque fois je valide expérimentalement que cela fonctionne mais j'aimerai plutôt avoir une règle théorique.

Prenons l'exemple d'un IGBT qui va fonctionner pendant 500µs sous 450V 300mA (130W) 1 fois par minute. Comment savoir si j'ai besoin d'un dissipateur ?
En continue je dirai oui => RTHja 40K/W avec une jonction à 150°C c'est mort.

La question est dans mon régime ? je sais qu'expérimentalement ca marche sans mais j'aimerai savoir comment je peux le calculer sans renter dans des calculs de 12 pages ou en réalisant des simulations thermiques.

Généralement je travaille avec les énergies. Par exemple je sais que d'apres el RTHja igbt peut encaisser 3J (3W sur 1s). Si on commence à 25°C sa donnerai dans les 145°C. Donc souvent je me dit qu'il peut prendre 6000J en 500µs du moment que l'on ne dépasse pas le Ic max et tension du colleteur max. Qu'en pensez vous ?

(Je néglige totalement les pertes par commutations )

voila igbt en question : https://fr.rs-online.com/web/p/igbt/...d%22%3Atrue%7D
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[Bitrode]

Bonjour,
ce régime de 400V-300mA pendant 500µs sur 1mn va poser un autre problème plus grave qui est la fatigue thermomécanique.
Grosso modo c'est typiquement ce qui se passe quand tu plies le fil d'un trombone, au bout de x flexions il casse.
C'est la brasure qui finit par casser avec ce régime très basse fréquence.
Pierre Aloisi a été à l'origine de cette explication dans les années 80, il existe des thèses sur ce sujet et plus particulièrement pour l'IGBT.
Implementation of accelerated ageing protocols for the study of IGBT power semiconductor devices under power cycling conditions - Archive ouverte HAL

Si la fiabilité à long terme est importante alors il ne faut surtout pas utiliser un IGBT mais plutôt un MOS, un SiC ou un GaN.

La datasheet indique un SOA compatible avec ce régime, il faut te reporter à la page 12 et selon moi, j'ai regardé en diagonale, un dissipateur ne s'impose pas.
Bien prendre en compte cette histoire de fatigue thermique souvent méconnue, valable pour les BJT également..

[Antoane]

Bonjour,

+1 Bitrode sur l'importance de la fatigue thermo-mécanique vs. une Tj trop élevée.
En 500 us, la chaleur diffuse das le boitier, mais a à peine le temps de remplir la capacité thermique du composant.

Cependant :
- c'est généralement la connection de face avant (ie les fils de bonding) qui fatigue le plus rapidement -- c'est d'ailleurs ce qui semble mis en avant dans la thèse donnée en référence et est pris en compte dans les modèles eg LESIT et successeurs
- S'agissant d'un problème de packaging, la techno de la puce a a priori peu d'impact et à boitier etcontrainte électrique identique, utiliser un IGBT ou un MOSFET ne devrait pas changer grand chose. Passer sur une connection de face avant plus résistante au cyclage thermique peut cependant aider (eg boitier avec clip de connection de face avant https://efficiencywins.nexperia.com/...lications.html ou techno telle que le Bond Buffer tech. de Danfoss https://www.danfoss.com/en/about-dan...nd-innovation/ - mais ce n'est plus du discret )
- Pour moi la SoA n'est pas le bon graphique pour ce stress car elle n'intègre pas de modèle de fatigue : elle donne des niveaux de stress maximal admissibles, mais sans spécifier le nombre de cycles avant défaillance

Note que la durée de vie est en , avec n~4-5. Diviser L'amplitude des cycles thermiques par 2 (typiquement en mettant deux composants en série ou parallèle) va permettre de multiplier la durée de vie par 2ⁿ~20.

[crevette24]

Très intéressant !
Néanmoins même en connaissant cette problématique il est "impossible" de la résoudre analytiquement.
Mon application n'est pas critique, je vais peut être surdimensionner le Icmax pour permettre d'avoir des liaisons de bonding plus résistantes. Mais de ce que je comprends pour avoir de la rigueur il faut passer par une étude de vieillissement accéléré dans le cas d'application critique.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Antoane]

Bonjour,

Tu peux prendre des modèles de vieillissement de la litterature pour avoir une idée de la durée de vie... mais ce sera très approximatif (un facteur 10 ne semble pas du tout délirant).

> je vais peut être surdimensionner le Icmax pour permettre d'avoir des liaisons de bonding plus résistantes
Ca aidera, mais beacoup moins qu'il y parait : le stress est ici thermo-mécanique, causé par la température. Ce n'est pas un problème électrique.
Mieux vaudrait diminuer le stress électrique, par exemple en le répartissant sur plusieurs composants (cf. mon prcdt message).

Il y a une littérature assez pléthorique sur le sujet, voir par exemple :
voir en particlier : https://www.researchgate.net/profile...g-lifetime.pdf qui montre en particulier l'effet du diamètre des fils de bondings... qui n'est qu'une variable parmis d'autre définissant le calibre d'un composant
https://hal.science/hal-02186162/document