Le carbure de silicium intégré en voie de fabrication en série pour les applications de mobilité électrique. Crédit :Volker Mai/Fraunhofer IZM
Les chercheurs se sont penchés sur le carbure de silicium, un matériau alternatif prometteur pour l'industrie des semi-conducteurs, depuis plusieurs années maintenant. L'Institut Fraunhofer pour la fiabilité et la microintégration IZM s'est associé à des partenaires dans le projet de module SiC pour accélérer ce type de semi-conducteur de puissance pour la fabrication industrielle. Leurs efforts visent à augmenter l'efficacité des transmissions dans les véhicules électriques et à étendre l'autonomie de ces véhicules.
L'électromobilité a ses détracteurs, avec certains sceptiques soulignant des limitations telles que la vitesse de pointe et l'autonomie maximale des voitures électriques. Les deux dépendent de l'électronique de puissance intégrée, le cœur électronique de la mobilité électrique. Taille, le poids et l'efficacité sont trois facteurs décisifs pour l'électronique de puissance destinée à être installée dans les voitures électriques. Carbure de silicium (SiC), un nouveau matériau semi-conducteur, coche les trois cases. Il est plus efficace tout en laissant une empreinte plus petite que les semi-conducteurs conventionnels tels que le silicium.
Toutefois, le carbure de silicium ne se trouve dans aucune voiture électrique sur la route aujourd'hui. Tel qu'il est, ce matériau semi-conducteur est encore confiné aux laboratoires de recherche. Pour le porter du labo à l'usine, le projet SiC Module a pris en compte dès le départ toutes les conditions de fabrication industrielle dans l'équation. La conception du module en est un exemple :les chercheurs du Fraunhofer IZM le basent sur la structure de la carte de circuit imprimé classique que l'industrie privilégie depuis longtemps. Cela devrait accélérer son déploiement.
Lignes électriques plus courtes, meilleur routage de l'alimentation
Le module bénéficie également des dernières avancées scientifiques. Plutôt que de lier le semi-conducteur au boîtier, les chercheurs ont décidé de l'intégrer directement dans le circuit avec un contact en cuivre à assistance galvanique pour raccourcir les fils et optimiser le routage de l'alimentation. L'équipe a également fait participer le client potentiel à cet effort de développement. Au cours de la première année du projet, ils ont établi un cahier des charges précisant l'électricité, exigences thermiques et de performance pour le module et le semi-conducteur. Les chercheurs ont travaillé en étroite collaboration avec les utilisateurs, répondant à leurs souhaits lorsqu'ils ont déterminé les spécifications du produit.
Constructeurs automobiles, les fournisseurs de composants et les équipementiers ont été directement impliqués dans l'effort de cartographie de la taille des modules électroniques de puissance, agencement et circuits électriques. Ce collectif a cherché à tirer le meilleur parti de l'espace disponible dans le groupe motopropulseur des véhicules. Lars Böttcher, chef de groupe au Fraunhofer IZM et responsable du sous-projet SiC, dit, "Nous allons au-delà d'une preuve de concept générale car nous développons plus qu'un simple prototype dans ce projet." L'objectif est de développer à la fois le nouveau matériau semi-conducteur en carbure de silicium et la technologie d'enrobage pour la production de masse.