Contribution à la conception de module de puissance embarquant des condensateurs de découplage

TN France; Tarbes; Sur place; EUR 30 000 - 50 000; Plein temps

Résumé du poste

Une entreprise innovante recherche un chercheur passionné pour contribuer à la conception de modules de puissance intégrant des condensateurs de découplage. Ce projet ambitieux vise à améliorer la performance des semi-conducteurs européens, en se concentrant sur l'intégration de technologies avancées telles que le MOSFET en carbure de silicium. Le candidat idéal aura une solide formation en électronique de puissance et sera capable de développer des méthodologies expérimentales pour évaluer les performances des modules. Rejoignez une équipe dynamique et contribuez à des avancées significatives dans le domaine de l'électronique.

Qualifications

• Expérience en conception de modules de puissance avec intégration de condensateurs.
• Compétences en méthodes expérimentales pour validation de concept.
• Connaissance des technologies de semi-conducteurs avancées.

Responsabilités

• Développer des méthodologies pour la conception de modules de puissance.
• Réaliser des expériences pour évaluer l'impact des condensateurs intégrés.
• Analyser les performances des modules avec et sans capacités de découplage.

Connaissances

Conception de modules de puissance

Électronique de puissance

MOSFET en carbure de silicium (SiC)

Méthodes expérimentales

Modélisation large bande

Formation

Doctorat en électronique

Master en ingénierie électrique

Outils

Logiciels de simulation électronique

Outils de mesure expérimentale

Description du poste

Contribution à la conception de module de puissance embarquant des condensateurs de découplage, Tarbes

Paul-Etienne VIDAL

Topic description

Introduction du sujet

Le sujet de thèse s’inscrit dans le cadre du projet d’intérêt européen commun IPCEI ME/CT, concernant notamment la montée en valeur du semiconducteur européen.

En électronique de puissance, un macro-composant important est le module de puissance, embarquant de multiples puces à semiconducteur de puissance [1]. Le sujet ne concerne pas le composant semiconducteur de puissance à l’échelle de sa conception mais sa mise en œuvre au sein d’un module de puissance [2]. Le MOSFET en carbure de silicium (SiC) offre une possibilité de vitesse de commutation accrue. Ceci ne va pas sans difficulté à cause du comportement électrique parasite des connexions extérieures au composant. Il en va de même au sein d’un module de puissance. L’enjeu est de maîtriser l’environnement du transistor pour permettre d’en exploiter toutes les performances.

Quelle que soit la technologie du module, il existe des limitations dans le placement et le routage des puces à semiconducteur et cet ensemble donne au module une signature extérieure en termes de courant de mode commun. Il a déjà été démontré que l’implantation au sein du module de condensateur de filtrage améliore la signature électromagnétique pour diminuer la complexité des filtres extérieurs au module par exemple [3]. Par contre les condensateurs doivent occuper une place minimaliste pour ne pas impacter le routage des connexions entre les transistors, augmentant le comportement parasite que les condensateurs cherchent à atténuer. La société Murata Integrated Passive Devices a développé des condensateurs en tranchées 3D sur silicium qui répondent à cette problématique d’encombrement [4].

Or il n’existe pas de méthodologie ciblée, vérifiée expérimentalement [5], pour accompagner la conception de module avec des condensateurs intégrés. Ceci constitue un verrou technique. De même l’appréciation expérimentale [6] du gain en performance apporté par les condensateurs se heurte à des difficultés technologiques. Aussi le sujet propose d’explorer une méthodologie de conception et de l’appliquer à une technologie donnée de module de puissance à MOSFET SiC. Par ailleurs les travaux établiront une procédure expérimentale pour observer l’effet bénéfique des condensateurs et mesurer en particulier l’amélioration de la signature électromagnétique par l’implantation de condensateurs 3D silicium de la société Murata.

Questionnement et objectif scientifique

Existe-t-il une méthode de conception d’un module de puissance, validée expérimentalement, qui permet de caractériser et moduler l’influence de l’insertion de capacités de découplage DC internes? L’objectif scientifique est d’investiguer une telle approche, avec 5 aspects:

• proposer une méthode pour déterminer la valeur des capacités de découplageà intégrer sur la base d’une spécification de performance de bruit du module: cible 1;
• savoir déterminer, lors de la phase de conception, l’emplacement pour l’intégration de capacités de découplage : cible 2;
• développer une méthode de validation expérimentale: cible 3;
• déterminer un modèle large bande de fréquences, validée par comparaison avec l’expérience: cible 4;
• caractériser et analyser le mode commun avec et sans capacités de découplage (niveau structure de conversion): cible 5.

Enjeux scientifiques et technologiques

Le premier enjeu scientifique porte sur le développement d’une méthode de conception, associée à une méthode d’évaluation des performances, qui permettent de concevoir un module avec et sans capacités de découplage intégrées et optimisées.

Le deuxième enjeu scientifique, qui peut être vu comme un sous enjeu du premier, consiste à démontrer l’intérêt de capacité de découplage intégrées par des méthodes numériques confrontées à des mesures expérimentales reproductibles.

Le premier enjeu technologique consiste à concevoir et fabriquer un module avec et sans capacités intégrées, qui puisse être adapté à un protocole de caractérisation déterminé au préalable.

Le deuxième enjeu technologique concerne l’élaboration d’un banc pour le test de l’architecture de conversion mettant en œuvre les modules avec et sans capacités de découplage intégrées, pour la mesure du courant de mode commun.

Topic description

Introduction du sujet

Le sujet de thèse s’inscrit dans le cadre du projet d’intérêt européen commun IPCEI ME/CT, concernant notamment la montée en valeur du semiconducteur européen.

En électronique de puissance, un macro-composant important est le module de puissance, embarquant de multiples puces à semiconducteur de puissance [1]. Le sujet ne concerne pas le composant semiconducteur de puissance à l’échelle de sa conception mais sa mise en œuvre au sein d’un module de puissance [2]. Le MOSFET en carbure de silicium (SiC) offre une possibilité de vitesse de commutation accrue. Ceci ne va pas sans difficulté à cause du comportement électrique parasite des connexions extérieures au composant. Il en va de même au sein d’un module de puissance. L’enjeu est de maîtriser l’environnement du transistor pour permettre d’en exploiter toutes les performances.

Quelle que soit la technologie du module, il existe des limitations dans le placement et le routage des puces à semiconducteur et cet ensemble donne au module une signature extérieure en termes de courant de mode commun. Il a déjà été démontré que l’implantation au sein du module de condensateur de filtrage améliore la signature électromagnétique pour diminuer la complexité des filtres extérieurs au module par exemple [3]. Par contre les condensateurs doivent occuper une place minimaliste pour ne pas impacter le routage des connexions entre les transistors, augmentant le comportement parasite que les condensateurs cherchent à atténuer. La société Murata Integrated Passive Devices a développé des condensateurs en tranchées 3D sur silicium qui répondent à cette problématique d’encombrement [4].

Or il n’existe pas de méthodologie ciblée, vérifiée expérimentalement [5], pour accompagner la conception de module avec des condensateurs intégrés. Ceci constitue un verrou technique. De même l’appréciation expérimentale [6] du gain en performance apporté par les condensateurs se heurte à des difficultés technologiques. Aussi le sujet propose d’explorer une méthodologie de conception et de l’appliquer à une technologie donnée de module de puissance à MOSFET SiC. Par ailleurs les travaux établiront une procédure expérimentale pour observer l’effet bénéfique des condensateurs et mesurer en particulier l’amélioration de la signature électromagnétique par l’implantation de condensateurs 3D silicium de la société Murata.

Questionnement et objectif scientifique

Existe-t-il une méthode de conception d’un module de puissance, validée expérimentalement, qui permet de caractériser et moduler l’influence de l’insertion de capacités de découplage DC internes? L’objectif scientifique est d’investiguer une telle approche, avec 5 aspects:

proposer une méthode pour déterminer la valeur des capacités de découplageà intégrer sur la base d’une spécification de performance de bruit du module: cible 1;

savoir déterminer, lors de la phase de conception, l’emplacement pour l’intégration de capacités de découplage : cible 2;

développer une méthode de validation expérimentale: cible 3;

déterminer un modèle large bande de fréquences, validée par comparaison avec l’expérience: cible 4;

caractériser et analyser le mode commun avec et sans capacités de découplage (niveau structure de conversion): cible 5.

Enjeux scientifiques et technologiques

Le premier enjeu scientifique porte sur le développement d’une méthode de conception, associée à une méthode d’évaluation des performances, qui permettent de concevoir un module avec et sans capacités de découplage intégrées et optimisées.

Le deuxième enjeu scientifique, qui peut être vu comme un sous enjeu du premier, consiste à démontrer l’intérêt de capacité de découplage intégrées par des méthodes numériques confrontées à des mesures expérimentales reproductibles.

Le premier enjeu technologique consiste à concevoir et fabriquer un module avec et sans capacités intégrées, qui puisse être adapté à un protocole de caractérisation déterminé au préalable.

Le deuxième enjeu technologique concerne l’élaboration d’un banc pour le test de l’architecture de conversion mettant en œuvre les modules avec et sans capacités de découplage intégrées, pour la mesure du courant de mode commun.

Starting date

-10-01

Funding category

Other public funding

Funding further details

Le sujet de thèse s’inscrit dans le cadre du projet d’intérêt européen commun IPCEI ME/CT, concernant notamment la montée en valeur du semiconducteur européen.