Electronique de puissance : SiC, GaN, les nouveaux composants qui challengent les sous-traitants électroniques

Tous les composants électroniques actuels ne répondent pas aux performances des moteurs de véhicules électriques. Les nouveaux composants SiC et GaN sont les seuls à le permettre à ce jour mais leurs niveaux de performances sont tels qu’ils ont des répercussions importantes sur l’ensemble de la chaîne de production électronique. Ils remettent en question les savoir-faire acquis jusqu’à présent en matière d’assemblage.

En effet, cette nouvelle génération de composants supporte une température de fonctionnement bien supérieure aux autres, allant jusqu’à 200°C, contre 125°C pour les composants actuels. Leur plage d’usage s’étend ainsi davantage et impose l’élaboration et l’industrialisation de nouveaux procédés d’assemblage. Ils sont capables d’offrir à la fois des qualités de connexions électriques et thermiques, ainsi que des niveaux de résistance des fixations mécaniques encore jamais atteints.

De ce fait, les méthodes employées jusqu’ici pour connecter les composants sur des cartes imprimées ou sur des barres conductrices doivent être encore plus efficaces. Elles doivent opposer d’abord moins de résistance à la circulation du courant mais aussi respecter de nouvelles contraintes d’isolement et de transfert thermique. Afin d’assurer une haute efficacité des systèmes de refroidissement et un fonctionnement optimal. Les modes d’assemblage de sertissage ou de vissage par exemple, ne sont donc plus adaptés aux besoins de ces nouveaux composants.

Les performances des nouveaux composants SiC et Gan sont telles que, pour une même puissance d’utilisation, les volumes des produits sont divisés par cinq. Les masses des produits suivent à minima ce même ratio, comme le dimensionnement des systèmes de refroidissement qui dans certains cas, ne sont plus nécessaires.

Ces avancées technologiques répondent aux enjeux fondamentaux des véhicules électriques, mais également à ceux des engins volants, comme les drones ou la nouvelle génération d’avions. Il en va de même des engins de déplacement terrestre et de navigation maritime.

Les enjeux écologiques et de préservation de la planète sont considérables puisque ces avancées ont des impacts importants sur :

• La réduction de l’utilisation de matières avec des rendements en fonctionnement encore jamais atteints (du fait notamment de la réduction des volumes des produits par 5 à puissance égale)
• Les pertes calorifiques qui sont moindres, grâce à moins d’élévations de température ou à des niveaux négligeables par rapport aux systèmes actuels

L’enjeu est double : parvenir à industrialiser le plus tôt possible ces nouveaux procédés d’assemblage et livrer des guides de conception aux fabricants automobiles et aux équipementiers. En parallèle, il convient de répondre aux standards requis en termes de qualité de réalisation industrielle, mais aussi de fiabilité de fonctionnement des produits assemblés. Ceci constitue un enjeu majeur pour nos clients et pour leurs applications.

Le lancement d’un consortium électronique français, We Network avec un tel niveau de coopération et de connaissance répartis équitablement entre chaque membre, est une première dans le secteur. Les trois partenaires ont d’abord réalisé ensemble un état de l’art sur leurs différentes méthodes d’assemblage avant d’aborder les autres phases du projet.

L’électronique de puissance produite à l’échelle industrielle, aboutit à un nouveau champ de compétence. Le projet PREM’S permet à ses membres de lier des relations fortes avec les constructeurs automobiles et les équipementiers qui sont au coeur du besoin principal.

C’est véritablement un mouvement de définition de futurs standards dans le domaine de l’électronique de puissance. A l’échelle de la filière électronique, les trois partenaires travaillent sur l’innovation des processus pour atteindre des objectifs nouveaux, propres à l’assemblage de composants et de produits liés à l’électronique de puissance.