Élaboration de céramiques sans ajouts de frittage par Spark Plasma Sintering pour application en électronique de puissance

Development of ceramics without additions by Spark Plasma Sintering for application in power electronics

¹ Laboratoire Génie de Production, ENI Tarbes, BP. 1629, 65016 Tarbes Cedex, France
² Boostec Industries, 65460 Bazet, France
³ Pearl Laboratory, 65600 Sémeac, France
⁴ Centre d'Élaboration de Matériaux et d'Etudes Structurales, 31055 Toulouse Cedex 4, France

Reçu : 30 Mars 2007
Accepté : 30 Janvier 2008

Résumé

Des substrats en carbure de silicium et nitrure d'aluminium ont été élaborés par Spark Plasma Sintering en vue de réaliser des refroidisseurs pour l'électronique de puissance. La température et la pression lors de l'élaboration doivent être maximisées pour atteindre des densités relatives proches des densités théoriques de chaque matériau. Les comportements mécanique et électrique des céramiques ont été établis à l'aide d'une approche microstructures/propriétés. Les porosités jouent un rôle très important sur le comportement mécanique et électrique des matériaux. Il apparaît également que les propriétés électriques de l'AlN SPS sont supérieures à celles de l'AlN fritté conventionnellement montrant que le procédé d'élaboration SPS n'induit pas d'impuretés dans le matériau. Les propriétés électriques du SiC SPS sont largement inférieures à celle du SIC fritté conventionnellement avec du bore comme ajout de frittage indiquant le rôle important de la qualité chimique des poudres utilisées pour le frittage.

Abstract

Silicon carbide and aluminium nitride substrates were developed by Spark Plasma Sintering for power electronics coolers. The temperature and pressure during the sintering must be maximized to achieve relative densities close to the theoretical densities of each material. The study of the massive ceramics owes to establish some relations between microstructure and physical properties. The porosity play an important role in the electrical and mechanical behaviour of materials. It also appears that the electrical properties of AlN SPS are higher than those of conventionally AlN sintered showing that the SPS process does not involve impurities in the material. The electrical properties of SiC SPS are much lower than that of SiC conventionally sintered with the addition of boron as sintering indicating the important role of chemical powder used for sintering.