Le développement des convertisseurs d'électronique de puissance pour les applications aéronautiques nécessite de travailler sur les modules de puissance. Le but est d'obtenir des systèmes fiables et compacts, points qui sont critiques dans les applications embarquées. Le dimensionnement reste un point délicat à cause de la multitude des composants présents et des physiques mises en jeu. L'étude s'intéresse à la modélisation des phénomènes liés aux aspects thermiques et à la compatibilité électromagnétique. Son originalité porte sur l'optimisation des solutions réalisées qui réduit simultanément, dès la phase de conception, les disparités thermiques et les courants perturbateurs. Ce travail s'inscrit parfaitement dans le cadre du prototypage virtuel des convertisseurs. Dans un second temps, deux solutions ont été proposées pour réduire encore plus l'émission des courants perturbateurs. Ce travail constitue une avancée importante dans la conception des convertisseurs.

Grâce aux propriétés physiques du matériau et à l'avancement de l'ingénierie et de la fabrication, les dispositifs semi-conducteurs à base de nitrure de gallium (GaN) sont des candidats prometteurs pour la conception des modules de puissance à haute fréquence, à haut rendement et donc à haute densité de puissance. Cependant, la commutation rapide des appareils GaN entraîne une vitesse de rotation élevée dans la tension de commutation (dV / dt) et le courant (dI / dt), combiné avec des éléments parasites inductifs (L) et capacitifs (C) dans le module de puissance, donne lieu à des tensions électromagnétiques le bruit d'interférence (EMI) dans une large gamme de fréquences. Cette thèse est axée sur l'influence sur les performances EMI de la conception des modules de puissance basés sur GaN et les approches d'optimisation. Afin d'étudier les problèmes susmentionnés, un module de puissance complet comprenant les appareils de puissance GaN et l'emballage du module doit être caractérisé et modélisé afin que les performances EMI puissent être reconstruites par simulation avec ces modèles. Les méthodes de modélisation d'un transistor de mobilité à haute électron (HEMT) et d'un module de puissance conçu par un laboratoire sont décrites respectivement aux chapitres I et II, La modélisation de l'appareil implique la partie statique et la partie dynamique, où le premier est modélisé pour représenter les caractéristiques IV avant et les conducteurs inverses en diodes inverses et ce dernier est modélisé pour représenter les capacités intrinsèques non linéairement dépendantes de la tension entre chaque paire de bornes . La méthode de modélisation est basée sur les caractéristiques extraites de la fiche technique et peut être mise à l'échelle de tous les e-mode GaN HEMT. La modélisation de l'emballage implique principalement l'extraction des capacités parasites entre le module et le radiateur et les inductances parasites entre le condensateur de liaison CC et les dispositifs d'alimentation. Les extractions sont traitées à la fois par calcul numérique avec logiciel ANSYS Q3D et mesure d'impédance avec un analyseur de réseau vectoriel E5061B. Les résultats de ces deux approches correspondent bien de l'un à l'autre. Une fois que le modèle complet du module de puissance basé sur GaN est construit, il est validé avec un test de commutation expérimental où les signaux de commutation simulés et les bruits EMI sont comparés aux mesurés respectivement aux chapitres III et IV. Le banc d'essai en dehors du module de puissance GaN est modélisé pour compléter le modèle de simulation complet. Les précautions de mesure sont également présentées. Les formes d'onde de commutation sont obtenues en double impulsion et en tests de commutation permanente et sont comparées aux simulations où elles sont correctement adaptées. La minimisation du dépassement de la tension de commutation en utilisant entre DC + et DC - les condensateurs dans le module CX est analysée et enfin la valeur du condensateur CX est recommandée dans différentes situations. Les bruits EMI sont mesurés en termes de courants de mode commun (CM) et de mode différentiel (DM) dans le réseau linéaire à impédance stabilisée (LISN) et sont comparés avec ceux simulés où ils sont correctement adaptés de 100 kHz à 30MHz. On analyse les chemins de propagation du bruit CM du module d'alimentation et de la charge de l'inducteur de résistance. Les effets des condensateurs dans le module CX et du CM filter ones CY sont étudiés. Enfin, la répartition des condensateurs de filtre dans différents endroits est étudiée par simulation. / Thanks to the material’s physical properties and the advancement in the engineering and manufacturing, power semiconductor devices based on Gallium Nitride (GaN) are promising candidates for high frequency, high efficiency and thus high power density power module design. However, GaN devices’ fast switching results in high slew rate in switching voltage (dV/dt) and current (dI/dt), combined with parasitic inductive (L) and capacitive (C) elements within the power module, gives rise to electromagnetic interference (EMI) noise in a wide frequency range. This dissertation is focused on the influence on EMI performance of the GaN based power module design and the optimization approaches.In order to study the aforementioned issues, an entire power module including the GaN power devices and the module’s packaging are to be characterized and modeled so that the EMI performances can be reconstructed by simulation with these models. The modeling methods of a commercial enhancement-mode (e-mode) GaN High-Electron-Mobility-Transistor (HEMT) and a lab-designed power module are discussed respectively in chapter I and II,• The device modeling involves the static part and the dynamic part, where the former is modeled to represent the forward I-V characteristics and the reverse diode-like conducting ones and the latter is modeled to represent the nonlinearly voltage dependent intrinsic capacitances between each pair of terminals. The modeling method is based on the characteristics extracted from datasheet and can be scaled to all e-mode GaN HEMT.• The packaging modeling involves mainly the extraction of the stray capacitances between the module and the heatsink and the parasitic inductances between the DC link capacitor and the power devices. The extractions are processed by both numerical calculation with software ANSYS Q3D and impedance measurement with a vector network analyzer E5061B. The results from these two approaches match well from one to the other.Once the full model of the GaN based power module is built, it is validated with experimental switching test where the simulated switching waveforms and the EMI noises are compared with the measured ones respectively in chapter III and IV. The test bench apart from the GaN power module is modeled to complete the full simulation model. The measurement precautions are presented as well.• The switching waveforms are obtained in double pulse and permanent switching tests and are compared to the simulated ones where they are correctly matched. The minimization of the switching voltage’s overshoot by using between DC+ and DC- the in-module capacitors CX is analyzed and finally the capacitor CX’s value is recommended in different situations.• The EMI noises are measured in terms of common mode (CM) and differential mode (DM) currents in the Line-Impedance-Stabilized-Network (LISN) and are compared with the simulated ones where they are correctly matched from 100 kHz up to 30MHz. The CM noise propagation paths from the power module and from the resistor-inductor load are analyzed. The effects of the in-module capacitors CX and the CM filter ones CY are studied. Finally the distribution of filter capacitors in different locations is studied by simulation.

Le variateur de vitesse est l’un des convertisseurs de puissance le plus utilisé en industrie ; il alimente les pompes, les ventilateurs, les convoyeurs, les ascenseurs …etc. Dans ces systèmes de conversion, les modules de puissance intégrants des composants IGBT représentent la partie cœur de conversion de l’énergie électrique AC/AC. En fonctionnement, ils sont sujets à des conditions fonctionnelles et environnementales sévères (cycles de température, humidité, vibrations …etc.). En raison de la puissance dissipée au niveau de leurs composants (IGBTs et diodes), le module subit des déformations d’origine thermomécanique, qui s’accumulent au fil du temps en limitant sa durée de vie et en impactant sur sa fiabilité. Dès lors, les industriels se trouvent non seulement face au développement des composants robustes et fiables, mais surtout être capable à élaborer des outils permettant la programmation des phases de maintenance. Dans cette thématique s’inscrivent les travaux de cette thèse. Durant laquelle nous essayons de répondre à ce besoin, en proposant une méthodologie de prédiction de durée de vie restante d’un module de puissance intégré au sein d’un variateur de vitesse de 15kW. En effet, nous développons un modèle de durée de vie restante nécessitant une modélisation électrothermique du système, un algorithme de comptage de cycles de température appelé le Rainflow et une loi de durée de vie obtenue à partir des tests de vieillissement. Le paramètre de durée de vie est ensuite calculé en appliquant la règle de Miner. Enfin nous proposons des stratégies de prise en compte de l’effet de dégradation pour ce modèle. / The motor drive is one of the most used power converters in industry; it drives pumps, fans, conveyers, elevators …etc. In this conversion systems, power modules integrating IGBT devices represent the core part in the AC/AC electrical energy conversion. During operation, they are subjected to severe functional and environmental conditions (temperature cycles, humidity, vibrations …etc.). Due to the dissipated power at the level of their devices (IGBTs and diodes), the module undergoes deformations of a thermomechanical origin, which accumulate over time limiting its lifetime and impacting on its reliability. Therefore, manufacturers are not faced only with the development of robust and reliable components, but above all they need to be able to develop tools for maintenance phases scheduling. In this scope, the thesis work is focused. During it, we try to bring a solution to this need, so we propose a remaining lifetime prediction methodology for an integrated power module inside a 15kW motor drive.Therefore, we develop a remaining lifetime model that requires an electrothermal modeling of the system, a temperature cycles counting algorithm called by the Rainflow and a lifetime law obtained from the aging tests. The lifetime parameter is then calculated by applying the Miner’s rule. Finally, we propose strategies to take into account the degradation effect on this model.

De nos jours, une gestion optimale de l'énergie électrique est devenue un enjeu majeur. La conversion de l'énergie entre une source et sa charge est réalisée par un élément central : le convertisseur statique utilisé aussi bien pour des faibles puissances (quelques Watts) que pour des très fortes (plusieurs MWatt). La brique élémentaire est la cellule de commutation constituée de semi-conducteurs de puissance (à commutation commandée ou spontanée) généralement réunis au sein d'un " module de puissance ". La nécessaire réduction des volumes dans certaines applications (comme les systèmes embarqués par exemple) ainsi que l'augmentation des calibres de tensions des nouveaux semi- conducteurs grands gaps auront comme conséquence directe d'augmenter les contraintes sur les systèmes d'isolation des convertisseurs. Une répartition contrôlée de ces contraintes dans le volume présente alors un intérêt pour maintenir la fiabilité du système d'isolation. Il est donc nécessaire d'effectuer une caractérisation la plus large possible de l'ensemble des matériaux isolants utilisés dans le packaging des dits " modules de puissance ", ainsi qu'une bonne compréhension de leurs mécanismes de défaillances. Le travail présenté ici consiste en l'étude d'une nouvelle stratégie de répartition du potentiel dans le volume appelée gradation de potentiel. L'isolation de volume développée est un assemblage multicouche constitué d'un matériau à conductivité contrôlée (Epoxy/Graphene) jouant le rôle de gradateur et d'une fine couche isolante (parylène) assurant la tenue en tension. Différents outils, tant théoriques (simulation) qu'expérimentaux, ont été ainsi utilisés pour aider au dimensionnent du système d'isolation électrique. La modélisation par la méthode des éléments finis (MEF) permet-elle de prédéterminer la répartition de la contrainte (potentiel et champ électrique) dans une structure de test prédéfini ou de décrire l'étude de l'influence de la conductivité du matériau gradateur et de l'épaisseur du film sur la répartition des équipotentielles. D'un point de vue expérimental le film sélectionné a été caractérisé pour des épaisseurs comprises entre 10 et 40 µm. Le matériau à conductivité contrôlée a été ensuite élaboré puis caractérisé pour différents taux de chargement. Après l'incorporation du système d'isolation dans différentes structures tests (substrats métallisés et structure double face), différentes méthodes permettant de caractériser le système d'isolation ont été utilisées qu'il s'agisse de mesures directes de la contrainte électrique par sonde à champ nul (potentiel de surface) ou indirectes par des mesures de décharges partielles. L'isolation multi-couches présente des améliorations dans la répartition du potentiel mais aussi des limites d'utilisation en fonction de la conductivité du matériau gradateur. Cette isolation doit donc être dimensionnée au plus près des caractéristiques d'utilisation et offre une approche intéressante pour le dimensionnement des modules de puissances double face. / Nowadays, an optimal management of the electrical energy becomes a key point in electric systems. The conversion of energy is realized by a main component: the power converter. It is used as well for low power (few Watts) as for very high power (MWatts). The elementary block of the converters, is the switching cell made up of semiconductor power devices. The trend to reduce both the volume and the weight in many applications (for example in embedded systems) and the increase of the rating voltage of the new wide band gap semiconductors will have for consequence an increase of the stresses on the electrical insulating systems of the power module . A controlled grading of these electrical constraints in the volume is highly interesting to ensure the reliability of the system. It is therefore necessary to perform a precise characterization of the insulated materials used in the packaging of the power modules, as well as to get a good understanding of their failures mechanisms. The works presented in this dissertation consists in the study of a new strategy for the field gradation in power modules. The proposed insulation is an assembly of multi-layers made up of a thick material of electrically controlled conductivity (Epoxy/Graphene nanocomposite) and of a thin insulating layer (Parylene films). Various tools were used (both theoretical and experimental) to help dimensioning of the Electrical Insulation System (EIS). The Finite Element Method (FEM) was used to simulate the equipotential and field distribution in the structure under study and to analyse on one hand, the influence of the changes in the conductivity values of the Epoxy/Graphene nanocomposite materials and, on the other hand, the impact of the parylene (PA) films thickness on the stress grading. From an experimental point of view, the PA films were characterized for different thicknesses ranging between 10 µm and 40 µm. The Epoxy/Graphene nanocomposites of controlled conductivity were manufactured and characterized (0 to 5 % wt) for various filler contents. The field grading effects were evaluated directly in different structures thanks to surface potential measurements and (indirectly) to partial discharges measurements. The proposed multilayer EIS exhibits some improvements regarding the stress grading but also some limits depending on the conductivity of the nanocomposite. Such an EIS will have to be dimensioned taking into account the rating voltage and could offer an interesting approach for the future design of the power modules.

Les effets néfastes voire critiques de la connectique sont bien connus des concepteurs de convertisseurs d'électronique de puissance, qui cherchent ainsi à minimiser les surtensions, les pertes et les interactions CEM. Néanmoins le dimensionnement des interconnexions reste toujours un point délicat à cause des phénomènes électromagnétiques mis en jeu difficiles à anticiper dans une phase de dimensionnement. Les dispositifs actuels, de plus en plus complexes, ne peuvent plus se satisfaire d'une approche classique basée sur l'expérience et le bon sens des concepteurs.<br />Dans un premier temps un modèle générique du câblage basé sur les entrées/sorties a été proposé. La génération automatique de ce modèle à partir du logiciel InCa (Inductance Calculation) vers les simulateurs circuit (Saber, P-Spice)constitue une avancée importante dans la modélisation fine des convertisseurs et s'insère parfaitement dans le cadre du prototypage virtuel des convertisseurs. Cette approche permet l'analyse des signaux difficilement accessibles par des moyens de mesures traditionnelles. L'influence de la connectique peut ainsi être mise en évidence. Dans un second temps, une approche ciblée sur le câblage a permis de résoudre les problèmes d'interactions et de déséquilibres introduits par le câblage. Directement à partir des matrices impédances, il est alors possible de déterminer la qualité des interconnexions et de mettre en oeuvre un processus d'optimisation autour de règles de câblage. Ce travail constitue une avancée importante dans la conception des interconnexions.

Le développement de dispositif de puissance haute température est un véritable challenge pour la recherche fondamentale et industrielle. La chaleur, provenant de l'échauffement des composants ou des conditions environnementales, représente l'une des contraintes majeures auquel est confronté un module de puissance. Le sujet de l’étude menée dans le cadre de cette thèse, financée par la société HCM (Groupe SERMA) vise à élaborer un module de puissance complet et fiable à haute température. La première partie de l’étude concerne la réalisation d’attaches de puces par différentes techniques : brasage eutectique, frittage de nanopoudre d’argent et le brasage en phase liquide transitoire. Le report de puce a mis en évidence les différents problèmes engendrés par l’utilisation d’une métallisation standard du substrat céramique pour une application haute température. Suite à ce constat, des solutions alternatives au niveau de la métallisation du substrat céramique ont été proposées. Afin d’obtenir la meilleure solution d’assemblage à envisager pour un fonctionnement à 300°C, l’élaboration d’un plan d’expériences Fisher-Taguchi a permis de hiérarchiser l’influence de chaque niveau d’intégration sur la tenue mécanique du joint. Les résultats ont permis de proposer une solution qui répond aux exigences. Dans la deuxième partie, le comportement mécanique des joints sous différents niveaux de contraintes thermiques a été étudié. Des essais de fluage ont également été réalisés sur les brasures eutectiques afin de modéliser la réponse du module aux sollicitations thermomécaniques. Les paramètres caractéristiques au fluage ont été déterminés expérimentalement. La troisième partie présen / The development of power electronic devices operating under high temperature environments is a great challenge for microelectronic industry. The objective of this thesis, supported by the HCM society (SERMA Group) is to propose a complete assemblage able to operate under high temperature. The first part of this study presents the different die attach techniques: eutectic solder alloys, sintered nanosilver and the TLPB method. The implementation for techniques was optimized via the variation of various experimental parameters by using a Fisher-Taguchi method. The as-proposed protocol corresponds to values of maximal shear stress. Moreover, an alternative solution to the substrate metallization was proposed to suppress any diffusion between the different elements deposited on the ceramic substrate.In the second part the mechanical behavior of joints under various levels of thermal and mechanical stress was studied. Creep experiments were carried out on the eutectic solders to describe the thermo-mechanical behavior of the complete module. The parameters characteristic of creep were experimentally determined. Finally, in the last part of this study the growth of Ti3SiC2 MAX phases were studied onto α-SiC substrates differently oriented by thermal annealing of TiAl layers deposited by magnetron sputtering. The Ti3SiC2 phase of low contact resistivity is proposed as new ohmic contact materials in dual n and p-type SiC-based devices. A step flow mechanism was proposed to explain that Ti3SiC2 grow, preferentially along the SiC basal planes, from a heterogeneous surface nucleation.

L'autonomie est, à l'heure actuelle, un des points les plus bloquants des véhicules électriques. Une optimisation du rendement de la chaîne de conversion est donc un objectif primordial. La thèse s'inscrit donc dans un contexte d'efficacité énergétique et d'intégration en électronique de puissance. Il s'agira d'améliorer les rendements de conversion et la puissance massique à la fois par le choix de technologies adaptées et par la conception de structures de conversion optimisées. Dans un premier temps, nous présentons l’impact de l’évolution de la tension de batterie HT sur le choix des technologies de composants de puissance. Différentes architectures de conversion sont également présentées et l’accent est mis sur un convertisseur en particulier : L’onduleur. Puis, nous comparons les relevés expérimentaux à ceux qui peuvent sont fournis par des fabricants pour certains composants et dans certaines conditions de fonctionnement. Ces essais permettent également d’enrichir les données des fabricants. Enfin, nous comparerons l’impact de la montée en tension des batteries HT sur les performances de différentes structures d’onduleurs (2 et 3 niveaux), pour différentes technologies de composants semi-conducteurs de puissance et pour différents points de fonctionnement de la machine associée. / Currently, autonomy of electric vehicles is one of the most blocking points for developing such mean of transport. An optimization of the efficiency of the power train is thus a primordial objective. The thesis is part of a context of energy efficiency and integration in power electronics. This will improve conversion efficiencies and mass power both by the choice of appropriate technologies and design optimized conversion structures. First, we present the impact of the evolution of the HT battery voltage on the choice of power component technologies. Different conversion architectures are also presented and the focus is on a particular converter: The inverter. Then, we compare the experimental records to those that can be supplied by manufacturers for certain components and under certain operating conditions. These tests also make it possible to enrich the data of the manufacturers. Finally, we will compare the impact of the voltage rise of the HT batteries on the performances of various inverter structures (2 and 3 levels), for different technologies of semiconductor power components and for different operating points of the machine associated.

Dans de nombreux domaines, tels que l’industrie des transports ou bien des infrastructures, la tendance est à l’introduction toujours plus importante d’équipements électriques. De ce fait, les industriels sont de plus en plus confrontés à la nécessité de fournir des dispositifs robustes et fiables avec un minimum de maintenance. Les composants électroniques, tels que les transistors IGBTs ou MOSFETs et les diodes rassemblés dans des modules de puissance, sont au cœur de la conversion d'énergie électrique. En conséquence, ils sont soumis en opération à de fortes contraintes environnementales et fonctionnelles (température, humidité…). L’ensemble de ces contraintes a un impact sur la durée de vie des composants, et donc sur la fiabilité des dispositifs. D’un point de vue économique, le remplacement d’un équipement défectueux est moins pénalisant qu’une défaillance brutale du système. Ainsi, l’utilisation d’outils de diagnostic est nécessaire pour prédire la durée de vie restante des dispositifs en opération, et mettre en place une maintenance adaptée et efficace.Pour déterminer la durée de vie restante des modules de puissance en opération, des modèles de durée de vie sont utilisés. La plupart de ces modèles sont établis soit de manière empirique, soit de manière physique, soit de manière statistique. Les modèles empiriques sont les plus courants, car leur réalisation et implémentation sont maintenant bien connues. Ils se basent sur des résultats issus de tests de cyclage accélérés qui reproduisent les contraintes endurées par le module de puissance sous des conditions "accélérées" de fonctionnement. Une extrapolation est ensuite nécessaire pour obtenir l’état de santé du dispositif dans des conditions normales de fonctionnement. Le principal inconvénient de ces modèles réside dans le manque de description des mécanismes physiques responsables de l’endommagement. Ce manque peut mener potentiellement à des erreurs, notamment lors de l’extrapolation. C’est pourquoi les modèles basés sur la physique connaissent un intérêt grandissant.Dans cette thèse, deux modèles de durée de vie basés sur la physique et appliqués aux modules de puissance IGBTs sont proposés et comparés. La première approche est basée sur les déformations induites à l’intérieur de l’assemblage du module lorsque soumis à des contraintes thermiques. Dans ce cas, la dégradation est décrite via la quantification des déformations pour un stress thermique donné. Dans la seconde approche, le modèle de durée de vie est basé directement sur l’endommagement via l’établissement d’un modèle de dégradation. La comparaison des deux modèles met en lumière les défauts et qualités de chacun. D’une manière plus générale, l’établissement et la comparaison de ces modèles s’inscrit dans une démarche de développement d’outils de diagnostic afin de prédire la durée de vie restante des modules de puissance en opération. / The domain of power electronics reliability has become an important center of interest with the recent massive system electrification. The manufacturers are more and more confronted to the necessity of producing reliable devices with optimized maintenance. Electronics components, such as IGBTs, diodes and MOSFETs assembled in power modules, are at the center of the systems conversion, and as a consequence, are subjected to high environmental and functional stresses (ambient temperature, vibrations…). All these factors have a strong impact on the components lifetime and thus on the devices reliability. Economically, scheduling a maintenance with a system replacement is less detrimental than a brutal failure of the system. As a consequence, the use of lifetime prognostic tools is necessary. The problematic consists in the health state prediction of power modules in functioning to be able to schedule a maintenance before the failure of the equipment.To be able to determine the remaining useful lifetime of power modules in functioning, lifetime models are used. These models can either be empirical, physical or statistical. The empirical models are the most common ones, because of their easy establishment and implementation. They are based on results from accelerated power cycling tests, which reproduce the stresses endured by the power modules in severe conditions. An extrapolation is then needed to obtain the power module health state in normal functioning conditions. The main drawback of these models is the lack of description of the physical mechanisms leading to damage, resulting potentially in errors in particular during extrapolation. That’s the reason why physical models start to draw more attention.In the thesis, two physical lifetime models of IGBT power modules are proposed. The first approach is based on deformation induced inside the device assembly in operation. The degradation is in this case described by the quantification of deformation related to thermal stresses. In the second approach, the lifetime model is based directly on damage through the establishment of a degradation model. These two lifetime models are finally compared to show the benefits and disadvantages of each. More generally, the establishment and comparison of these models is part of an approach to develop diagnostic tools so that the remaining useful lifetime of power modules can be predicted in operation.

L’avion plus électrique demande des modules de puissances de plus en plus performants dans les domaines de la fiabilité et de la maîtrise de la durée de vie restante. Le remplacement des systèmes hydrauliques et pneumatiques par des actionneurs électriques et leurs convertisseurs associés est, aujourd’hui, un moyen efficace de réduire les coûts de maintenance et la consommation de carburant. L’ajout de composantes électriques est également un bon moyen d’augmenter la fiabilité des systèmes. La fiabilité est toujours étudiée à partir de contraintes cycliques accélérées. La tendance actuelle est d’embarquer des fonctions de suivi de l’état de santé dans les modules de puissance pour permettre la prédiction de la durée de vie restante. Cette approche implique des modifications du circuit afin de mettre en place des capteurs et est souvent dédiée à un mode de défaillance en particulier. Cette thèse propose une approche par apprentissage du suivi de l’état de santé de modules de puissance à base de MOSFET en carbure de silicium. Une large étude bibliographique a permis de créer et de réaliser un banc de test instrumenté permettant de mettre en œuvre des défaillances attendues dans les modules de puissance mais aussi d’enregistrer un grand nombre de paramètres électriques au cours de la vie du module. Ces paramètres montrent une évolution au cours du vieillissement du module en fonction des modes de défaillances. Un modèle de réseaux neuronaux s’appuie sur la dérive de ces paramètres pour établir le pronostic de durée de vie restante d’un module de puissance à chaque instant de son utilisation normale / More electrical aircraft requires power modules of higher performances, especially in terms of reliability with a control of lifetime. The replacement of hydraulic and pneumatic systems by electric actuators and their associated converters is the present trend to reduce maintenance cost and fuel consumption. Adding more electric components is also thought as a good way to increase reliability in systems. Reliability is still analysed from accelerated stress cycles. A large volume of data must be obtained in various conditions to assert a pertinent extrapolation of remaining lifetime during operation. A trend is to embed some condition monitoring functions in power modules to help predict the remaining lifetime. This approach is the field of hardware developments with respect to sensors and decorrelation methods but mainly dedicated to one particular failure. This thesis presents a learning approach of silicon carbide MOSFET based power modules condition monitoring. A large literature study has led to the elaboration of a test plan and an instrumented test bench. This test bench allows an accelerated lifespan of power module and an on-line recording of several electrical parameters. These parameters shows a drift according to the power module ageing. A neural network model based on these parameters drifts has been constructed to estimate the remaining useful lifetime of a power module in normal operation

L'objectif d'un avion plus électrique conduit à l'utilisation croissante de systèmes d'électronique y compris dans des zones de haute température. Les modules de puissance classiques doivent être adaptés à cet environnement: les composants en SiC sont commercialement disponibles mais l'environnement de la puce est à modifier. Cette thèse s'intéresse aux techniques d'attaches de puces basses température que sont le frittage d'argent et la brasure en phase liquide transitoire (TLPB) or-étain. Dans une première partie, les enjeux de l'électronique de puissance et plus particulièrement des applications haute température est donnée. Les mécanismes physique (mouillage, diffusion)qui régissent le frittage et le TLPB (Transient liquid Phase Bonding) sont ensuite décrits avec précision. La deuxième partie de cette thèse s'intéresse à la mise en oeuvre d'un protocole fiable d'attache de puce par frittage d'une nanopoudre d'argent commerciale. Une fois établie, la méthode a ensuite été optimisée pour différentes tailles de composants. La caractérisation de l'attache a été réalisée en shear-test et par des images en microscopie optique. La troisième et dernière partie de ce travail a pour objet la réalisation d'attaches de puces par TLPB or-étain. Ce chapitre traite de la mise en oeuvre expérimentale de la technique, depuis la métallisation des wafers jusqu'à la caractérisation des attaches en microscopie (optique et MEB). Ce travail de thèse est très expérimental car même si un protocole de mise en oeuvre existe (pour le frittage), il est indispensable de l'adapter aux conditions expérimentales pour l'optimiser. Ce travail a aussi mis en évidence certaines difficultés techniques de préparation des surfaces.