Couverture ElectroniqueS n°127

Du fait de son excellente tenue aux cycles thermiques et aux vibrations notamment, mais aussi de son intérêt économique lié à l'absence de toute brasure, la technologie des contacts ressorts appliquée aux modules de puissance conquiert de nombreux marchés. Le point avec Semikron, un précurseur en la matière. L'utilisation de ressorts pour établir un contact électrique, notamment dans le domaine des modules de puissance (IGBT ou Mosfet), ne date pas d'hier. C'est même une longue tradition chez Semikron, puisque le premier module SKiiP (Semikron intelligent integrated power) a vu le jour au tout début des années quatre-vingt-dix. Un tel produit était destiné aux applications pour lesquelles un niveau de fiabilité élevé était exigé, dans des conditions environnementales sévères caractérisées par de multiples cycles de température. L'exigence d'un haut niveau de fiabilité est forte dans des applications telles que les ascenseurs et engins de levage, les éoliennes et les commandes de moteurs pour la traction. Les premiers modules s'appuyaient déjà sur la technologie des contacts pressés, introduite en remplacement de nombreux contacts brasés. Les interfaces brasées entre le substrat et l'embase sont des points fragiles par excellence, et la cause fréquente de défaillances des modules traditionnels, lorsque ceux-ci sont exposés à des variations importantes de température. Combinés au système de contacts pressés SKiiP, les contacts ressorts ont alors été adoptés pour raccorder électriquement le circuit de commande aux composants de puissance. Le rôle de ces ressorts est d'établir un contact électrique entre la platine de commande et les terminaisons auxiliaires du circuit de puissance. Les contacts de forte puissance sont quant à eux assurés par de solides barres de cuivre mises en pression sur les substrats. La pression est répartie de façon homogène au moyen de mousses élastiques spécialement étudiées. Dans ces modules, le ressort n'est jamais ramené aux interfaces client, ni visible de l'extérieur. De faibles résistances de contact Pour les utilisateurs de modules de puissance, il est vital que le contact ressort fonctionne sans défaut pendant toute la durée de vie du convertisseur, même si celui-ci est exposé à des conditions climatiques extrêmes. En plus des essais de qualification standard, comme la tenue aux cycles thermiques, aux cycles de puissance et les essais de stockage, des essais de qualification complémentaires ont été introduits afin de garantir un fonctionnement fiable de ce nouveau type de contact. Comme les contacts ressorts sont aisément démontés, il apparaît essentiel que leur fiabilité soit aussi garantie lorsque le système est soumis à de fortes fluctuations de température, ou encore exposé à des gaz très corrosifs. Afin de garantir la stabilité du contact et de ses propriétés tout au long de la durée de vie du module, des essais de corrosion aux gaz ont été menés en conformité avec la norme IEC 60068-2-43, en utilisant 10 ppm de H2S ainsi qu'un mélange de gaz. A l'issue de ces essais, les résistances de contact ont été mesurées de nouveau. Elles sont restées faibles, soit de l'ordre de 10 mO par contact. La raison d'une telle stabilité s'explique par la formation d'un contact intime au niveau des zones de passage du courant (les zones-A), du fait des forces de pression, évitant ainsi toute corrosion des matériaux. Le flux de courant provoque aussi des points de microsoudure. Ce type de contact est considéré comme idéal. Si le ressort de contact se déplace, suite à un effet mécanique ou thermique, créant de la sorte une nouvelle surface de contact, toute couche d'oxyde résiduelle est alors détruite par les forces de contact élevées. Il en résulte une pression de contact importante qui développe une nouvelle zone de contact idéal, entraînant à nouveau un flux de courant intense et une soudure des matériaux. Ce comportement du contact ressort a été vérifié par des essais de tenue aux cycles thermiques impliquant une mesure des résistances de contact. De manière générale, les vibrations de grande amplitude sont une source de problèmes pour tout système à base de contacts. Dans le cas de broches brasées exposées à des contraintes cycliques, s'ajoute aussi la fatigue thermique sur les joints de brasure. Il peut en résulter la perte soudaine du contact. A contrario, l'avantage majeur d'un contact ressort est son aptitude à suivre les mouvements de la partie en vis-à-vis. Ce phénomène est dû à un effet de microvibration. Semikron a conduit toute une série d'essais, explorant des amplitudes de vibrations variées, qui ont montré que la qualité du contact n'était pas dégradée. Même soumis à des contraintes climatiques extrêmes, le contact ressort a prouvé qu'il constituait un système de contact totalement fiable. En 2003, Semikron a introduit le SEMiX, parfait exemple de la philosophie adoptée par la société en matière de nouveaux produits. SEMiX est un module équipé d'une embase dont l'interface avec le circuit de commande est réalisée par des contacts ressorts. A ce jour, les produits commercialisés par Semikron totalisent un nombre de ressorts excédant 300 millions. Ils concernent une vaste gamme d'applications, puisqu'on les retrouve autant dans la commande moteur ou l'énergie éolienne que dans l'automobile et le véhicule électrique, les produits électroménagers blancs ou encore la traction. Tous ces exemples confirment que la technologie des contacts ressorts est aujourd'hui solidement implantée sur le marché.

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