Apport des Semiconducteurs Grand Gap (SC2G) Management thermique Henri SCHNEIDER Groupe ISGE

Convertisseurs et systèmes embarqués Les éléments passifs L, C, Transformateur Réduire le volume et le poids Travailler dans un environnement stressant Température Vibrations Rendement Coût Fiabilité … Semiconducteurs et refroidisseur PRIUS 21 kg – 2,5 kW/Kg 14,5 litres

Le problème thermique Conversion d’énergie = Pertes sous forme de chaleur Tj Tamb RTHconv RTHcond Pertes DT Pertes (100W) 1 cm² Augmenter la densité de puissance Travailler à haute température Réduire la résistance thermique Réduire les pertes/puissance convertie

Diminuer les pertes Pertes en conduction Pertes en conduction Eon Eoff VDS Off VDS On ID Pertes en conduction Eon Eoff ID VDS t Travailler à haute tension (diminuer I) Diamond limit Pertes en commutation Limiter les pertes par commutation composants unipolaires (MOSFET, Schottky) 10

Température d’utilisation Tjmax 175°C Tjmax >300°C Tjmax >700°C

Réduire la résistance thermique 1,6 Rth (K/W) 2. Module classique refroidi par microcanaux 0% 100% graisse 47 % refroidisseur 0% 100% refroidisseur 32 % accrochage Cu / AlN DBC 47 % 3. Module avec microcanaux intégrés 1,6 Rth (K/W) 1,6 Rth (K/W) 1. Module classique refroidi par air 0% 100% refroidisseur 75 % graisse Tj Tamb RTHconv RTHcond

Réduire la résistance thermique Résistance thermique de conduction Classique Résistance thermique de convection

Diamant - métaux liquides Réduire la résistance thermique Diamant - métaux liquides Conductivité=2000W/m.K Coéf d’échange = 105 à 106 W/m².K Mansour TAWK LAAS G2ELAB 3DPHI

Le programme AEROSAT - CRIGG Convertisseur Réversible Isolé à composants Grand Gap SERMA Puissance+ Caractérisation composants GaN et SiC Etude topologique Etude packaging Réalisation prototype Budget : 177 978 € 2 ans de post-doc 24500€/61250 € d’investissement (COMINTEC ZEVAC ONYX) 40000€ fonctionnement plateforme 3DPHI

Conclusion Volonté du LAAS d’apporter sa contribution au GIS 3DPHI Réalisation de démonstrateurs Systèmes de refroidissement innovants Applications des SC2G GaN, SiC, … Plus largement contribution à l’étude du management thermique de convertisseurs fortement intégrés - Simulation COMSOL