Essais & Simulations n°140

MESURESFigure 4.

MESURESFigure 4. Simulations électrothermiques dans l'outil FloEFDFigure 5. Une distribution détaillée des pertes de puissance permetd’améliorer la conceptionLe post-traitement de la simulation thermique montre la distributionde la température dans la diode. On peut remarquer quele fil de liaison participe à ce transfert de charge transitoire, enraison de sa capacité à jouer le rôle de dissipateur thermique.Lorsque l’on compare cette simulation avec les résultats desmesures effectuées dans le testeur MicReD Power Tester, l’erreurde température à la jonction se révèle inférieure à 1 K.Figure 3. MicReD Power Testerser de modèles exacts pour les composants électroniques. Lesrésultats des modèles thermiques peuvent être améliorés encouplant la simulation thermique avec une simulation électrique.La figure 4 montre le fonctionnement des simulations électrothermiquesdans FloEFD. La géométrie représente une dioded’un pont redresseur. Les limites électriques sont 3 paliers depuissance en 20 secondes, d’une durée de 2 secondes chacun.La limite thermique est une température fixe mesurée au basde l’appareil.La simulation électrique 3D permet de prédire l’échauffementpar effet Joule dans chaque partie du système. Le couplage entrela simulation électrique et la simulation thermique est bidirectionnel.Il permet de transférer directement les pertes de puissancedues à l’effet Joule dans la simulation thermique (figure 5),et la température nécessaire pour prédire la résistance dépendantede la température dans la simulation électrique.Dans la puce silicium proprement dit, la perte de puissance estde 76,1 W. Un modèle thermique autonome utilisant la pertede puissance totale de 81,6 W comme source de volume dans lesilicium induirait donc une erreur de 7%. Cette erreur provoqueraitune erreur de température de 8,4 K, en supposant unetempérature de jonction de 120°C. Calculer la durée de vie aveccet écart de 8,4 K entraînerait une erreur de 50% dans la prévisionde la durée de vie.La résistance électrique dépendante de la température de lapuce silicium est calibrée grâce à une étude paramétrique dela valeur RSDon mesurée dans le testeur MicReD Power Testerpour un courant donné. Sur le post-traitement de la simulationélectrique, la chute de tension dans la puce silicium estclairement visible.CONCLUSIONDans les études de fiabilité des composants électroniques depuissance, il est important de disposer de prévisions exactesconcernant le champ de température de la puce silicium. Lesmodèles thermiques ordinaires donnent une bonne idée de ladistribution de la température dans un système électronique,mais quand il s’agit d’évaluer la fiabilité des composants, desétudes électriques et thermiques détaillées doivent être réaliséesen raison de la sensibilité de ces composants à la température.Pour simuler le comportement thermique d’une puce,il est très important de disposer de données fiables concernantle matériau dont elle est constituée. Une étude paramétriquecomparant la chute de tension mesurée à la chute de tensionsimulée peut aider à caractériser ce matériau. Pour un modèleélectrothermique calibré, l’erreur peut être inférieure à 1 K sila température de la plaque de base est fixe (plaque froide) etque les pertes thermiques sont dues à l’effet Joule. La méthodologieemployée dans cet exemple n’est pas réservée aux diodes ;elle peut aussi être appliquée aux MOSFET et aux composantssimilaires. ●EN SAVOIR PLUS > www.zfw-stuttgart.deChristian Rommelfanger (ZFW)38 IESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020

MESURESAVIS D'EXPERTLa photogrammétrie : un procédé fiable etincontournable pour une caractérisation 3D précised’un satelliteOpérationnelle depuis plus de vingt ans au sein du Département en charge des Intégrations etessais satellites de Thales Alenia Space à Cannes, la photogrammétrie est une technique optiqueéprouvée qui a trouvé naturellement sa place comme moyen de métrologie dimensionnelle : elleest souple, précise, efficace et, comme nous allons le voir, robuste.2 e partiePhilippe BaussartChez le constructeur Thales Alenia Space, Philippe Baussart est le référent métierAlignement TAS-F spécialisé en photogrammétrie, responsable alignement desprogrammes science ESA (Planck – Herschel) et charges utiles optiques. Il assure à lafois la définition et la mise en œuvre des essais, et l’exploitation des mesures en fonctiondes exigences techniques exprimées par les analystes thermique et mécanique.…Suite de la première partie parue dans le n°139 d’Essais &SimulationsCes cibles, d’un diamètre de 3 à 6 mm selon la taillede la scène de mesure et l’éloignement de l’objet, ontla particularité de renvoyer la lumière dans la directionincidente. L’intérêt de cette propriété est double :d’une part, la caméra de prise de vues étant munie d’un flashannulaire, un très fort taux de contraste est obtenu entre la cibleet son environnement : les algorithmes de détection de cible,couplés à une gestion intelligente du flash, permettent ainsi d’atteindreaisément une résolution de l’ordre de 1/10 pixel. D’autrepart, le mode d’acquisition en open flash (ouverture programmablede l’obturateur pendant quelques millisecondes, puisdéclenchement du flash sur 1 milliseconde suivi de la fermeturede l’obturateur) permet d’ajuster le degré de visibilité de l’objetmesuré. Il est intéressant de noter qu’en jouant sur la duréed’obturation, il est possible de faire disparaître l’objet pour nevoir in fine que les cibles sur fond noir. Cette fonctionnalitéprésente un grand intérêt lorsque que des experts, non habilitéssur un projet donné, sont sollicités pour donner leur avis.Bien que de nombreux appareils de prise de vues soient adaptéspour cette application, nous avons reporté notre choix sur unecaméra spécifiquement dédiée d’une résolution de 12Mpixels.Elle permet de garantir des paramètres opto-mécaniques trèsstables au cours d’une acquisition et elle peut être facilementembarquée dans un canister étanche, balayé à l’azote réguléen température afin d’éviter les phénomènes de condensation.Les cibles sont qualifiées pour des températures de - 195°C à+200°C, sous vide secondaire (10-6 hPa).Comme la technique de calcul inhérente à l’exploitation desimages repose sur la triangulation spatiale, il est nécessaired’introduire la notion de facteur d’échelle. C’est d’ailleurs leseul paramètre extérieur à l’objet qui doit être introduit dansla scène. Ce paramètre est identifié grâce à une ou plusieursbarres positionnées à proximité de l’objet et confectionnéesen zerodur en raison de son très faible coefficient de dilatationthermique : ces barres portent également des cibles dontles inter-distances sont connues par rattachement à un étalonde longueur certifiée.UNE MESURE, C’EST LONG ? C’EST PRÉCIS ?A l’issue de l’instrumentation de l’objet à caractériser avecdes cibles réfléchissantes, une mesure de photogrammétrie sedéroule en trois phases : l’acquisition, c’est-à-dire l’ensemble desprises de vue, le calcul du nuage de points 3D, et l’analyse logicielledédiée en fonction de la finalité de l’essai [2].ESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020 I39