Le projet européen ARCHIMEDES vient de s’achever. D’une durée de 36 mois et doté d’un budget global de 40 millions d’euros, il s’est attaqué à un défi crucial pour l’avenir : rendre l’électronique de puissance plus fiable, plus sûre et plus efficace pour accompagner la transition énergétique.

Un objectif central : booster les « super-puces » de l’électronique pour la transition énergétique

À l’heure où la lutte contre le changement climatique exige une décarbonation rapide, l’Europe mise sur l’électrification massive des transports (qui représentent environ 30 % des émissions de gaz à effet de serre). Pour y parvenir, les véhicules électriques et les futurs avions propres ont besoin d’une nouvelle génération de composants électroniques – des semi-conducteurs dits « à large bande interdite » (comme le Carbure de Silicium ou SiC, et le Nitrure de Gallium ou GaN). Véritables « super-puces », ces matériaux permettent de convertir l’énergie beaucoup plus dans des conditions extrêmes.

Le projet ARCHIMEDES a réuni 49 partenaires européens (constructeurs automobiles, grands industriels et laboratoires de recherche) pour accélérer la mise sur le marché de ces technologies.

L’IRT Saint Exupéry a joué un rôle de premier plan en pilotant le Lot 2, entièrement dédié à l’étude des mécanismes de défaillance et de la fiabilité de ces nouveaux semi-conducteurs. Ces travaux alimentent directement les projets phares du centre de compétence Energie Haute Densité et Fiabilité de l’IRT, tels que GaNRET et SiCRET / SiCRET +.

Trois grands axes de recherche pour sécuriser l’électronique du futur

Le projet a structuré ses travaux autour de plusieurs chaînes d’approvisionnement pour tester ces composants en conditions réelles :
– La résistance des puces en nitrure de gallium (GaN) : Les essais ont montré que les standards actuels de test doivent évoluer. Il est désormais indispensable de tester la fiabilité de ces composants à basse température et d’intégrer des tests dynamiques plus poussés. À l’inverse, les tests ont prouvé que l’humidité n’était pas un point bloquant majeur.
– La robustesse du carbure de silicium (SiC) pour l’automobile : En testant des onduleurs pour voitures, l’équipe a mis en évidence l’importance de concevoir des modèles de durée de vie qui prennent en compte les variations extrêmes de température directement au cœur de la puce.
– La synergie des domaines automobile et aéronautique : le projet a permis d’évaluer les performances de modules de puissances à base de SiC, initialement qualifié pour le domaine automobile, selon un profil de mission aéronautique.

Des résultats concrets pour l’industrie

Grâce à ces trois années de recherche, des conclusions majeures ont pu être livrées.

Fiabilité des composants GaN de puissance

Évolution des normes et standards : Nos travaux démontrent que les standards de qualification actuels doivent être mis à jour pour intégrer des tests de qualification à basse température ainsi que des tests dynamiques.  

Fiabilité des composants SiC

Modèles de durée de vie : les tests de cyclage en puissance (Power Cycling) révèlent que les modèles de prédiction de durée de vie doivent impérativement prendre en compte les variations thermiques (temperature swings) internes à la puce SiC, ce qui n’était jusqu à présent pas fait pour la technologie Si.

Synergie domaines Automobile & Avionique 

L’utilisation de modules de puissance SiC qualifiés automobiles serait envisageable pour des applications aéronautiques. Les tests suivant le profil de mission aéronautique ont montré d’excellents résultats : aucun point critique n’a été détecté lors des tests de vibrations mécaniques, décharges partielles, cyclages thermiques et robustesse aux radiations cosmiques.

L’IRT Saint Exupéry se réjouit d’avoir pris part à cette collaboration fructueuse sur le projet ARCHIMEDES, dont les conclusions marquent une étape clé pour consolider la fiabilité et la robustesse des semi-conducteurs de puissance dans les secteurs automobile et avionique.

ARCHIMEDES is supported by the Chips Joint Undertaking and its members, including the top-up funding by National Authorities under Grant Agreement No 101112295.