Des solutions innovantes d’électronique de haute puissance pour la décarbonisation
L’évolution actuelle de la numérisation et de l’électrification exige une conversion rentable de l’énergie électrique. Les systèmes d’électronique de puissance et donc les semi-conducteurs de puissance sont des composants essentiels de presque toutes les sources d’énergie renouvelable. Le projet Power2Power, financé par l’UE, avait pour objectif de proposer des solutions aux défis sociétaux tels que la transformation verte par le biais de technologies avancées et durablement compétitives, de transistor bipolaire à grille isolée (IGBT pour insulated-gate bipolar transistor) basées sur le silicium (Si) pour l’électronique de puissance. Le projet a été coordonné par Infineon Technologies Dresden GmbH & Co. KG, en Allemagne, et a rassemblé 43 partenaires de projet de huit pays européens. «Même si de nouveaux matériaux semi-conducteurs de puissance comme le carbure de silicium (SiC) ou le nitrure de gallium (GaN) jouent un rôle important dans la transition vers un approvisionnement énergétique durable et indépendant, les semi-conducteurs de puissance à base de Si devraient dominer le marché même au-delà de 2030», déclare le responsable du premier lot de travaux, Jochen Koszescha. «Nous devons encore améliorer la performance et la capacité de la chaîne de valeur européenne pour ces produits.»
Dispositifs innovants de semi-conducteurs de puissance basés sur le Si
Power2Power a réussi à améliorer la production à faible coût de lingots de Si pour des plaquettes de 300 mm de haute qualité et de haute performance, ce qui permet d’améliorer les performances des IGBT à base de Si pour des niveaux de tension supérieurs à 1 700 V. Le projet Power2Power a permis de mettre au point un IGBT avancé à tranchée à micro-motif (MPT) plus performant que les approches actuelles et un service européen de fonderie en libre accès qui propose une technologie d’isolation intégrée. En outre, Power2Power a combiné la recherche sur les progrès technologiques, les capacités de production et des enquêtes sur la fiabilité, en abordant les vastes domaines d’application de l’électronique de puissance de l’automobile, de l’industrie et de la traction, en accordant une attention particulière à l’intégration des énergies renouvelables et du réseau. Cette recherche a impliqué l’étude de nombreux processus de fabrication de semi-conducteurs innovants ou améliorés pour les IGBT liés à l’implantation ionique, la métallisation, l’optimisation du dispositif et du rendement ou la prévention de la contamination. Tout au long de la chaîne de valeur, le projet est parvenu à innover ou à améliorer de nombreuses méthodes de production, telles que le brassage de puces sans pression, le câblage par fil, le frittage et l’emballage automatisé. La mise en œuvre de l’expertise sur les lieux de travail industriels, soutenue par la réalité augmentée (RA), est tout aussi importante, car elle permet d’intégrer de nouvelles connaissances, allant des procédures d’assemblage aux procédures de maintenance, dans les lignes pilotes du projet. En outre, Power2Power a introduit de nouveaux segments de services pour l’analyse des défaillances des modules de puissance et les essais de matériaux portant sur les effets du vieillissement des modules de puissance. Le projet a fourni des solutions d’alimentation haute tension nettement améliorées qui permettront de réduire considérablement les émissions de CO2 en démontrant la fiabilité et la robustesse nécessaires dans les domaines d’application du transport et des machines. La conversion de l’énergie a atteint un rendement de plus de 98 % pour les convertisseurs et les chaînes cinématiques des véhicules électriques. Le coût des chargeurs d’énergie du matériel roulant a été réduit de 30 % et la durée de vie des chargeurs de véhicules électriques a été multipliée par 1,5.
Contribuer à la position de leader de l’Europe dans l’industrie ECS par l’augmentation de la production d’IGBT
L’approche de Power2Power d’innovation par la collaboration entre les universités européennes, les centres de R&D, les grandes entreprises et les PME favorise à la fois la création de nouvelles relations stratégiques et le renforcement de celles qui existent déjà. Elle a entraîné une expansion considérable de l’écosystème européen de l’électronique de puissance. «Les premiers résultats du projet Power2Power ont fait l’objet d’une industrialisation et d’une utilisation plus poussées par le client potentiel», déclare Jochen Koszescha. «Les lignes pilotes sont prêtes à être étendues pour répondre aux futurs besoins en dispositifs semi-conducteurs de puissance et assurer l’indépendance européenne dans le domaine de l’énergie.»
Mots‑clés
Power2Power, semi-conducteurs de puissance, silicium, IGBT, conversion d’énergie, fabrication de semi-conducteurs, mobilité, énergie renouvelable, réduction du CO2, amélioration de la durée de vie, décarbonation, numérisation, électrification
