impression métal sur substrat céramique métallisé pour
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Impression métal sur substrat céramique métallisé pour application en
électronique de puissance
Joel Alexis
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LGP – INP/ENIT
Equipe d’accueil EA 1905
56 enseignants-chercheurs
(18 PU et 38 MC dont 4 HDR)
62 doctorants et cotutelles
5 post-doc, 3 ATER
3 postes secrétariat
Conception
Intégrée
Multi-échelle
DIDS
Décision et
Interopérabilité
pour la Dynamique
des Systèmes
5 PR / 12 MC
SDC
Systèmes
Décisionnels
et Cognitifs
François Pérès
4 PR / 7 MC
CNU 61
CNU 61, 63, 27
IMF
Interfaces
et Matériaux
Fonctionnels
Valérie Nassiet
4 PR / 8 MC
M2SP
Mécanique des
Matériaux, des
Structures
et Procédés
Olivier Dalverny
4 PR / 10 MC
CNU 60
CNU 33, 60
50% STI, Génie
Mécanique et
Matériaux
50% STIC, Production,
Automatique
et Génie Electrique
Activités transversales entre plusieurs équipesInterdisciplinarité et transdisciplinarité
1
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La Fabrication Additive à l’ENIT
Matières premières ((fil, poudres, nuances …)
Procédés de fabrication
Machines de fabrication
Méthodes de conception (optimisation topologique, manuel de conception …)
Chaine logicielle (compatibilité, intégration chaine logicielle)
Parachèvement (usinage, traitement thermique, de surface, CIC…)
Contrôle (dimensionnel, non destructif …)
Projets
2014-2018 Projet ANR METALTECHNICS,Partenaires : IRT, Ariane Group, Airbus, Thales Alenia Space,
Exova, Aubert & Duval, Esteve, Tomoadour, 3A, ENIT, CNRS
2016-2020 Projet FUI ADDIMAFIL,Partenaires : Ariane Group, Safran Helicopter Engines, Airbus
Defense and Space, VLM, Alphanov, Polyshape, Ventana, ESTIA,
ENIT
2018-2021 Projet ANR MACCADAM,Partenaires : LMGC, CEMEF, ICA, ENIT, POLYSHAPE
2019-2021 Projet région FASTER,Partenaires : FUSIA, SPINODAL, LGP, LIEBHERR, ENIT
2019-2020 Projet ANDURRO,Partenaires : IRT …., ENIT
2019 Contrat SAFRAN
2019-2021 Projet MAMA,Partenaires : IRT, Airbus, Aubert & Duval, ENIT
2
2017-2020 Cifre Héphaïstos-Cousso
2019-2022 Cifre Halbronn 3D
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Impression métal sur substrat
céramique métallisé pour application
en électronique de puissance
4Ce document et les informations qu’il contient sont la propriété de Safran. Ils ne doivent pas être copiés ni communiqués à un tiers sans l’autorisation préalable et écrite de Safran
Elodie Martin, Rabih Khazaka, Joel Alexis
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Contexte de l’étude
Document SAFRAN
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Contexte de l’étude
Limites du module actuel• Haute inductance parasite due aux
interconnections filaires
• Fiabilité des brasures
• Mauvaise gestion thermique due au
refroidissement simple face et aux
empilements de couches
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Contexte de l’étude
7
Procédé complexe
Fortes contraintes mécaniques sur la
brasure large surface
Surface
d’échange
limitée
Choix d’encapsulant contraint
Utilisation TIM
organiques
Brasage ou frittage sur des
leadframe et couplage
thermique au refroidisseur
via TIM isolant
Brasage et refroidissement
direct
Brasage par bump et
couplage thermique avec
refroidisseur
Déposition multicouches et
couplage thermique avec
refroidisseur
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Objectifs de l’étude
Développer un module de puissance refroidi double face par fabrication
additive pour réaliser le radiateur et les connectiques directement sur un
substrat en céramique AlN métallisé Al
• Très bonne performance thermique
• Possibilité d’utilisation à très haute
température
• Augmentation de la densité de puissance
surfacique et volumique des
convertisseurs
• Bonne précision et possibilité de
connecter des pads de faibles dimensions
• Réduction des étapes et du temps
d’assemblage
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Démarche
Microstructure
Propriétés intrinsèques des matériaux
Propriétés interfaciales
Procédé
Développement
techniques expérimentales & simulation
o Verrous technologiques
o Contraintes thermomécaniques liées aux variations de température
o Contraintes mécaniques liées aux vibrations et aux chocs
o Contraintes liées à la corrosion des matériaux constitutifs des
équipements
o Contraintes combinées rencontrées pendant le cycle de vie du
produit
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Procédé SLM
Paramètres de l’étude
• Différentes géométries
• Différentes stratégies
d’élaboration
• Différentes finitions
• Différents TTH
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Microstructure
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Propriétés des murs
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150
200
250
300
350
400
450
100 150 200 250 300 350 400
UT
S (
MP
a)
YS (MPa)
Initial State - V
Initial State - H
100h 200°C - V
100h 200°C - H
400h 200°C - V
400h 200°C - H
1000h 200°C - V
1000h 200°C - H
TTh 2h 250°C - V
TTh 2h 250°C - H
TTh 2h 250°C + 100h 200°C - V
TTh 2h 250°C + 100h 200°C - H
TTh 2h 250°C + 400h 200°C - V
TTh 2h 250°C + 400h 200°C - H
TTh 2h 250°C + 1000h 200°C - V
TTh 2h 250°C + 1000h 200°C - H
Shell molding – T6
Casting (150°C)
2h 300°C - V
2h 300°C - H
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Etude de la déformation des substrats
Méthodologie
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Etude de la déformation des substrats
Influence géométrie
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Cambrure
maximale
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Etude de la déformation des substrats
Influence TTh
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Cambrure
maximale
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Etude de la déformation des substrats
Durabilité
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Cambrure
maximale
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Etude de la déformation des substrats
Durabilité
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Cambrure
maximale
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Tenue mécanique des interfaces
18Ce document et les informations qu’il contient sont la propriété de Safran. Ils ne doivent pas être copiés ni communiqués à un tiers sans l’autorisation préalable et écrite de Safran
Influence vieillissement thermique
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Tenue mécanique des interfaces
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Mode de ruptureTTh + Vieillissement 100
cycles
Sens de sollicitation
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Merci pour votre attention