Stage- Développement d’un modèle physique de durée de vie des interfaces wire-bond de modules de puissance sous sollicitations thermomécaniques cycliques- H/F

Contexte général

La fiabilité des modules de puissance constitue aujourd'hui un enjeu majeur pour les applications de conversion d'énergie à forte disponibilité. Parmi les mécanismes de vieillissement les plus critiques, la dégradation de l'interface entre la puce de puissance (die) et les fils de connexion (wire bonds) est reconnue comme l'une des principales causes de défaillance sous sollicitations thermomécaniques cycliques.

Les approches actuelles de prédiction de durée de vie reposent généralement sur une accumulation linéaire des dommages, notamment à travers la loi de Miner. Cependant, l'article [1] de Diego Velazco (SuperGrid Institute), récompensé par un Best Paper Award lors de la conférence PCIM Europe 2026, a mis en évidence que les approches classiques d'accumulation linéaire des dommages ne permettent pas de prédire fidèlement la durée de vie des modules de puissance.

Dans ce contexte, de nouvelles approches de modélisation physique sont nécessaires afin d'améliorer la prédiction du vieillissement des modules. Le stage proposé vise à développer un modèle analytique des mécanismes de dégradation de l'interface die/wire-bond. Cette approche sera construite à partir des phénomènes physiques gouvernant la plasticité cyclique et l'accumulation des dommages dans les matériaux constitutifs du module. Les modèles développés seront ensuite validés à l'aide de simulations numériques par éléments finis.

Ce stage constitue la première étape d'un projet de recherche plus large et pourra être poursuivi dans le cadre d'une thèse de doctorat.

Missions

Le stage s'articulera autour des activités suivantes :

·       Réaliser une étude bibliographique sur les mécanismes de vieillissement des modules de puissance, en particulier la dégradation des interfaces die attach et wire bonds soumises au cyclage thermique et au power cycling.

·       Comprendre les phénomènes physiques mis en jeu au niveau des matériaux (dilatations thermiques différentielles, plasticité cyclique, écrouissage, fatigue thermomécanique) ainsi que leur lien avec les contraintes appliquées.

·       Développer un modèle éléments finis sous ANSYS ou COMSOL Multiphysics permettant de reproduire les distributions de contraintes et de déformations dans les zones critiques du module de puissance, selon une approche similaire à [2].

·       Mettre en œuvre un modèle analytique de dégradation afin d'établir une relation entre les sollicitations thermomécaniques et l'évolution des variables de dommage (voir [3])

·       Valider les prédictions du modèle analytique par comparaison avec les résultats issus des simulations éléments finis.

·       Utiliser le modèle développé pour reproduire et analyser les essais de cyclage présentés dans l'article [1], notamment les essais de séquences mixtes mettant en évidence les limites des approches fondées sur la loi de Miner.

Références:

[1] : D.Velazco - Lifetime of IGBTs Under Mixed Sequential Power Cycling: A Matched-Lifetime Sequencing Experiment

https://news.pcim.mesago.com/lifetime-of-igbts-under-mixed-sequential-power-cycling-a-matched-lifetime-sequencing-experiment-d-6a732d38e7c70/

[2] : N. Dornic - Stress-based Model for Lifetime Estimation of Bond-Wire Contacts using Power Cycling Tests and Finite Element Modelling

https://hal.science/hal-02186162v1/document

[3] : C. Chedozeau - Analytical reliability performance maps for bond wire interfaces in power modules under cyclic thermomechanical loads

https://hal.science/hal-05490427v1/document

Master 2/Ingénieur en génie électrique, mécanique, matériaux ou généraliste.

Merci de joindre vos relevés de notes en études supérieures

Date de démarrage : Février/mars 2027 (Durée de 6 mois)

Soft skills

• Capacités d’analyse et de synthèse

• Travail en équipe

• Autonomie

• Rigueur

• Capacités d’organisation

• Curiosité et créativité

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