Baisser le coût des semi-conducteurs en carbure de silicium (SiC) dans l’électronique de puissance destinée aux énergies renouvelables. Tel peut être résumé l’objectif du projet européen Advansic, qui a commencé début janvier 2023 et sera finalisé en décembre 2025. Un budget total d’un peu plus de 4 millions d’euros – dont 3,2 millions de l’Union européenne – est affecté à cet effort de recherche et développement, coordonné par le Centre de recherche technologique Ikerlan, du pays basque espagnol.
« Le livrable final est d’obtenir plusieurs convertisseurs de puissance à base de SiC qui soient moins chers à produire », enchérit Thomas Fouet, responsable R&D pour l’activité Busbar de Mersen. Cette entreprise française spécialiste des composants électroniques passifs (fusibles, condensateurs et systèmes de refroidissement, outre les busbars) a officialisé sa participation à ce projet le 6 juin 2023.
Convertisseur pour l’éolien, onduleur solaire, disjoncteur à semi-conducteurs pour les stations de conversion à courant continu, venant se greffer sur le réseau à courant continu et à moyenne tension : la fiche descriptive d’Advansic exprime les attendus.
Autant d’équipements dans lesquels les transistors bipolaires à grille isolée (ou IGBT en anglais) en silicium règnent aujourd’hui en maître. Un matériau semi-conducteur à large bande tel que le carbure de silicium offre cependant plusieurs avantages, comme une rigidité diélectrique (valeur maximale du champ électrique avant qu’un arc se produise) dix fois supérieure ou encore une vitesse de commutation plus élevée.
Mais le SiC reste onéreux, car sa production est très énergivore. De ce point de vue, les ambitions du projet Advansic sont rigoureusement chiffrées. Il est prévu de diminuer le coût total de l’épitaxie de 15%, de concevoir une puce en carbure de silicium capable de tenir une tension de 3300 volts avec des coûts réduits de 34%, etc.
Minimiser l'inductance
Thomas Fouet précise le rôle de Mersen : « Nous apportons notre expertise, qui se situe plus en fin de chaîne, nos briques technologiques – sauf les fusibles – et nous intervenons dans l’intégration du convertisseur. Ikerlan s’occupe du système complet afin que tous les éléments interagissent au mieux. L’idée est de produire plus de puissance dans un même volume et pour un coût moindre.»
Mersen travaillera entre autres sur les propriétés électriques, en particulier l’inductance. « Le SiC tolère des hautes fréquences, de l’ordre du mégahertz, mais l’augmentation de la tension et de la fréquence accentue les effets parasitiques sur les composants passifs, explique Thomas Fouet. Nous allons perfectionner le design de nos busbars et de nos condensateurs pour que leur inductance soit minimale, et allons faire de même sur les interconnexions et les matériaux isolants. On va mutualiser les expertises acquises sur chaque composant pour réduire l’inductance totale.»
Le système tendant à chauffer davantage, la tenue en température sera aussi un axe de recherche. « On veut proposer des nouveaux condensateurs qui peuvent fonctionner jusqu’à 130°C », souligne-t-il. Enfin, les systèmes de refroidissement devront être 20% plus compacts, donc moins chers, à performances thermiques égales.
