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Experimental study of the reliability of a power module

Etude expérimentale de la fiabilité d’un module de puissance


Philippe Pougnet
Valeo Siemens eAutomotive

Gérard Coquery
VEDECOM



Published on 14 February 2017   DOI : 10.21494/ISTE.OP.2017.0122

Abstract

Résumé

Keywords

Mots-clés

In use, electric vehicle power modules are submitted to harsh thermal loads. The resulting thermo-mechanical stresses have an effect on their lifetime. As specific mounting and cooling conditions have a strong impact on reliability, it is important to test power modules in their specific use conditions and verify that lifetime matches warranty duration requirements which may extend to 15 years. To provoke failures which are significant of application wear and aging, repeated stress cycles are applied to power modules. Stress levels correspond to worst case scenarios. To evaluate the degradation level, aging is characterized measuring electric and thermal parameters (emettor- collector voltage Vce, thermal resistance Rth). The test leading to lifetime assessment of various power module technologies are based on applying power cycles.

En utilisation, les modules de puissance des véhicules électriques sont soumis à de très durs chargements thermiques. Les contraintes thermomécaniques qui en résultent impactent leur durée de vie. Comme les conditions spécifiques de montage et de refroidissement ont un effet significatif sur la fiabilité, il est important de tester les modules de puissance dans leurs conditions d’emploi et de vérifier qu’ils fonctionnent correctement pendant les durées des périodes de garantie qui peuvent s’étendre jusqu’à 15 ans. Pour provoquer des défaillances significatives de l’usure et du vieillissement en exploitation on soumet ces modules de puissance à des cycles répétés de contraintes dont les niveaux sont susceptibles d’être rencontrés en opération dans les conditions pire cas. Pour quantifier le niveau de dégradation, on suit l’évolution du vieillissement en mesurant des paramètres électriques et thermiques (tension émetteur- collecteur Vce, résistance thermique Rth). Les essais permettant d’évaluer la durée de vie des différentes technologies de modules de puissance sont basés sur l’application répétée de cycles de puissance.

Reliability Power Module Power Cycling Test (PCT) Thermal Cycling Testing (TCT)

Fiabilité Module de puissance Test de cyclage en puissance (PCT) Test de tenue en cycles thermiques (TCT)