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Theses

Intégration dans un substrat PCB de composants à semi-conducteur grand gap pour le développement d’un convertisseur d’électronique de puissance à forte densité

Résumé : Les nouveaux composants à semi-conducteur de type grand gap ont été développés pour des applications de conversion de puissance en raison de leurs hautes fréquences de commutation (de centaine kHz à quelques MHz) et pertes faibles. Afin de bien profiter ses avantages, la technologie des circuits imprimés (PCB) est intéressante pour une intégration à haute densité de puissance grâce à sa flexibilité et son faible coût. Cependant, à cause de la mauvaise conductivité thermique du matériau FR-4 utilisé pour le substrat PCB et la haute densité de puissance réalisée, il est primordial de trouver des solutions thermiques pour améliorer les performances thermiques de la structure de PCB. Dans cette thèse, trois solutions thermiques pour les structures de PCB ont été proposées, y compris des solutions avec des vias thermiques, de cuivre épais sur le substrat de PCB ainsi que des dispositifs de refroidissement thermoélectrique (TEC). Nos études sont basées sur la modélisation électrothermique et la méthode d’éléments finis en 3D. Tout d’abord, l’optimisation des paramètres des vias (diamètre, épaisseur de placage, surface formée par des vias, la distance entre des vias etc.) a été réalisée pour optimiser l’effet de refroidissement. Ensuite, on constate que les performances thermiques des structures de PCB peuvent être améliorées en utilisant cuivre épais sur le substrat de PCB. Cuivre épais augmente le flux thermique latéral dans la couche de cuivre. Les influences de l’épaisseur de cuivre (35 à 500 µm) ont été étudiées. Cette solution est facile à réaliser et peut être combinée à d’autres solutions de refroidissement. Enfin, le dispositif thermoélectrique comme les modules Peltier est une technologie de refroidissement local. Les influences des paramètres de Peltier (Propriétés du matériau thermoélectrique, nombre d’éléments Peltier, distance entre la source de chaleur et les dispositifs Peltier, etc.) ont été identifiées. Il est démontré que des modules Peltier ont l’application potentielle pour le développement d’intégration de PCB attendu que son active contrôle des températures.
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https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02275807
Contributor : Abes Star :  Contact
Submitted on : Monday, September 2, 2019 - 1:21:38 AM
Last modification on : Friday, July 17, 2020 - 5:08:20 PM
Document(s) archivé(s) le : Thursday, January 9, 2020 - 5:22:06 AM

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70407_ZHANG_2018_archivage.pdf
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  • HAL Id : tel-02275807, version 1

Citation

Shuangfeng Zhang. Intégration dans un substrat PCB de composants à semi-conducteur grand gap pour le développement d’un convertisseur d’électronique de puissance à forte densité. Electronics. Université Paris-Saclay, 2018. English. ⟨NNT : 2018SACLS398⟩. ⟨tel-02275807⟩

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