PCIM 2018: un 40e an­ni­ver­saire cou­ron­né de suc­cès

Avec plus de 500 ex­po­sants, une pre­mière dans l’his­toire de la ma­ni­fes­ta­tion, et un vi­si­to­rat en hausse de 7% par rap­port à la cu­vée pré­cé­dente, la qua­ran­tième édi­tion de PCIM a sus­ci­té un bel en­goue­ment.

Electronique S - - La Une - PHI­LIPPE CORVISIER

Grand-messe dé­vo­lue à l’élec­tro­nique de puis­sance et à ses ap­pli­ca­tions, la ma­ni­fes­ta­tion PCIM, qui s’est te­nue du 5 au 7 juin à Nu­rem­berg, a fait car­ton plein. Ain­si, pour la pre­mière fois de son his­toire, le sa­lon a fran­chi la barre des 500 ex­po­sants, pour 88 en­tre­prises re­pré­sen­tées. « Il y a 40 ans, lors de la pre­mière édi­tion, ils étaient moins de qua

rante ! » , se sou­vient Leo Lo­renz, par­ti­ci­pant de la pre­mière heure et au­jourd’hui di­rec­teur gé­né­ral de PCIM Eu­rope. Constat po­si­tif éga­le­ment concer­nant le nombre de vi­si­teurs (en­vi­ron 11 000) et d’au­di­teurs (plus de 800) aux quelque 300 confé­rences pro­po­sées. Si tous les sec­teurs de l’élec­tro­nique de puis­sance ont été re­pré­sen­tés, il convient de mettre en re­lief la place pré­pon­dé­rante prise par la mo­bi­li­té élec­trique. Ain­si, se­lon l’or­ga­ni­sa­teur, près de la moi­tié des ex­po­sants ont pré­sen­té des pro­duits en rap­port avec cette thé­ma­tique. Na­tu­rel­le­ment, les se­mi-conduc­teurs à grand gap sont de plus en plus pré­sents, tant les gains en termes de ren­de­ment éner­gé­tique, de den­si­té de puis­sance et de ro­bus­tesse qu’ils pro­curent sont ma­ni­festes. Beau­coup de grosses cy­lin­drées, mais aus­si quelques start-up, ont ain­si pro­fi­té de l’évé­ne­ment pour pré­sen­ter ou an­non­cer des pro­duits in­no­vants en ti­rant pro­fit. Par­mi les pre­mières fi­gure évi- dem­ment In­fi­neon Tech­no­lo­gies, qui a pro­fi­té de l’oc­ca­sion pour in­tro­duire ses pre­mières diodes Schott­ky « CoolSiC » en car­bure de si­li­cium dé­diées aux ap­pli­ca­tions au­to­mo­biles. Plus pré­ci­sé­ment, les char­geurs em­bar­qués dans les vé­hi­cules élec­triques/hy­brides (EV/HEV) ac­tuels et fu­turs sont concer­nés. « La tech­no­lo­gie car­bure de si­li­cium est ar­ri­vée à ma­tu­ri­té pour au­to­ri­ser son dé­ploie­ment à grande échelle dans les sys­tèmes au­to­mo­biles », consi­dère Ste­phan Zi­za­la, vi­ce­pré­sident et di­rec­teur gé­né­ral de l’ac­ti­vi­té « Au­to­mo­tive High

Power » d’In­fi­neon. Cette fa­mille re­groupe des diodes Schott­ky de cin­quième gé­né­ra­tion (G5) amé­lio­rées, et ce afin de ré­pondre aux exi­gences de fia­bi­li­té ca­rac­té­ri- sant le monde de l’in­dus­trie au­to­mo­bile. Grâce à un nou­veau concept de couche de pas­si­va­tion, la ro­bus­tesse visà-vis de la cor­ro­sion et de l’hu­mi­di­té a été ac­crue. En outre, ces diodes étant réa­li­sées sur des tranches minces (110μm), le fac­teur de mé­rite (soit le pro­duit de la ten­sion di­recte par la charge ca­pa­ci­tive) est ex­cellent. Avec, à la clé, des pertes éner­gé­tiques li­mi­tées. Vis-à-vis des diodes si­li­cium rapides clas­siques, la so­cié­té es­time qu’il est pos­sible d’amé­lio­rer le ren­de­ment d’un char­geur em­bar­qué (OBC, on-board char­ger) de 1 %, quelles que soient les condi­tions de charge. Les pre­mières diodes Schott­ky CoolSiC pour l’au­to­mo­bile se­ront des ver­sions de 650V, en boî­tier stan­dard de type

TO-347 à trois broches. Par ailleurs, l’al­le­mand a dé­voi­lé sa feuille de route en rap­port avec sa tech­no­lo­gie ni­trure de gal­lium, dite CoolGaN. La pro­duc­tion en sé­rie des pro­duits se­ra ain­si ef­fec­tive d’ici la fin de l’an­née. Il s’agi­ra de tran­sis­tors HEMT à en­ri­chis­se­ment de 400 V et 600 V per­met­tant de réa­li­ser des in­ter­rup­teurs nor­ma­le­ment ou­verts (« nor­mal­ly-off »), à faible ré­sis­tance à l’état pas­sant (70 ou 190mΩ max.). Dif­fé­rents boî­tiers, à re­froi­dis­se­ment par la face su­pé­rieure ou in­fé­rieure, se­ront pro­po­sés.

La chasse aux in­duc­tances pa­ra­sites

Pour sa part, Mi­cro­se­mi (une so­cié­té ré­cem­ment ac­quise par Mi­cro­chip) a mis en exergue une sé­rie de mo­dules Mos­fet en car­bure de si­li­cium dans un nou­veau boî­tier bap­ti­sé SP6LI. Ce­lui-ci se dis­tingue par sa très faible in­duc­tance pa­ra­site, qui est in­fé­rieure à 3 nH. « C’est cer­tai­ne­ment la plus faible va­leur d’in­duc­tance pa­ra­site pour un boî­tier de ce type, dont les di­men­sions, soit

62 x 108 mm, sont stan­dards », consi­dère Ch­ris­tophe Wa­rin, di­rec­teur mar­ke­ting pour le seg­ment in­dus­triel chez Mi­cro­se­mi à Phoe­nix (Ari­zo­na). Un ré­sul­tat im­pu­table à une struc­ture in­terne op­ti­mi­sée: connexions au sub­strat au plus près des puces, bus­bars DC, lignes DC « strip-line », im­plan­ta­tion sy­mé­trique... « Par rap­port à nos mo­dules an­té­rieurs,

la ré­duc­tion de l’in­duc­tance pa­ra­site, d’un fac­teur deux en­vi­ron, nous per­met de mon­ter en cou­rant et en fré­quence tout en ré­dui­sant le stress lié aux sur­ten­sions, qui sont pro­por­tion­nelles à la va­leur de cette in­duc­tance » , ajoute Ch­ris­tophe Wa­rin. La sé­rie de mo­dules en confi­gu­ra­tion bras de pont (à deux in­ter­rup­teurs) est forte de cinq élé­ments, dont la te­nue en ten­sion est de 1200V ou 1700V. Dans le pre­mier cas, l’in­ten- si­té du cou­rant de drain va de 210A à 586A, pour une tem­pé­ra­ture de boî­tier de + 80 °C. Dans le se­cond cas, l’in­ten­si­té s’éta­blit à 207 A, dans les mêmes condi­tions de tem­pé­ra­ture. La ré­sis­tance à l’état pas­sant des tran­sis­tors est très basse : de 2,1 à 6,7 mΩ en va­leurs ty­piques (2,85 à 8,7mΩ max.) pour les ver­sions de 1200V, 7,5 mΩ (11,7 mΩ max.) pour le mo­dule de 1 700 V. En option, la se­melle stan­dard en cuivre peut être rem­pla­cée par une se­melle en AlSiC, pour une meilleure te­nue lors des cycles ther­miques. Ces mo­dules « tout SiC » (Mosf et et di odes Schott­ky en pa­ral­lèle), avec ther­mis­tance CTN in­té­grée, ciblent les ali­men­ta­tions à dé­cou­page et la com­mande de mo­teur dans une grande va­rié­té d’ap­pli­ca­tions in­dus­trielles, au­to­mo­biles, mé­di­cales, aé­ro­nau­tiques et de dé­fense. Il est à no­ter que cette gamme de pro­duits a été dé­ve­lop­pée à Bor­deaux, où est si­tué le centre d’ex­cel­lence de Mi­cro­se­mi pour ce qui concerne les mo­dules de puis­sance. Sous la forme de cartes d’éva­lua­tion, GaN Sys­tems a dé­voi­lé deux am­pli­fi­ca­teurs de puis­sance de 100 W (GSWP100WEVBPA) et 300W (GSWP300WEVBPA). Avec, dans ce der­nier cas, la pos­si­bi­li­té de mon­ter jus­qu’à 1kW en mo­di­fiant cer­tains com­po­sants. Des­ti­nés aux char­geurs sans fil fonc­tion­nant sur le prin­cipe de la ré­so­nance ma­gné­tique, ces am­pli­fi­ca­teurs tirent avan­ta­geu­se­ment pro­fit des tran­sis­tors GaN E-HEMT du ca­na­dien. En la cir­cons­tance, ceux-ci sont as­so­ciés à des pi­lotes de grille rapides de pSe­mi (an­cien­ne­ment Pe­re­grine Se­mi­con­duc­tor, une so­cié­té ac­quise par Mu­ra­ta en 2014), fonc­tion­nant à une fré­quence de 6,78 MHz. Ajou­tons que GaN Sys­tems et Rohm ont si­gné un par­te­na­riat stra­té­gique pour le dé­ve­lop­pe­ment conjoint de se­mi-conduc­teurs de puis­sance en ni­trure de gal­lium. Au plus grand bé­né­fice de leurs clients res­pec­tifs, qui dis­po­se­ront ain­si de deux sources d’ap­pro­vi­sion­ne­ment. Autre spé­cia­liste des se­mi­con­duc­teurs en ni­trure de gal­lium, le ca­li­for­nien Trans­form a an­non­cé la dis­po­ni­bi­li­té de ses Fet 650V en GaN de troi­sième gé­né­ra­tion (Gen III). Par rap­port à leurs pré­dé­ces­seurs, ceux-ci af­fichent une im­mu­ni­té au bruit ac­crue et des IEM ré­duites. La ten­sion de seuil qui est dé­sor­mais de 4V et non plus de 2,1 V éli­mine la né­ces­si­té d’une ten­sion de grille né­ga­tive. Les deux pre­miers tran­sis­tors en confi­gu­ra­tion c a s c o de, à sa­voir les TP65H050WS (50mΩ en va­leur ty­pique à une tem­pé­ra­ture de

j onc­tion de + 25 ° C) et TP65H035WS (35 mΩ), sont pro­po­sés dans des boî­tiers TO-247 clas­siques.

Les start-up fran­çaises s’illus­trent

De son cô­té, la jeune so­cié­té Exa­gan monte pro­gres­si­ve­ment en puis­sance. Fruit de dix an­nées de dé­ve­lop­pe­ment au sein de Soi­tec et du CEA-Le­ti, le pro­cé­dé d’épi­taxie ori­gi­nal G-Stack du gre­no­blois (qui dis­pose éga­le­ment d’un centre d’ex­cel­lence à Tou­louse, pour un ef­fec­tif to­tal de 32 per­sonnes) évite les aléas liés au dé­pôt de couches uni­formes de GaN sur des wa­fers de si­li­cium de grand dia­mètre. Mal­gré une co­exis­tence dif­fi­cile entre les deux ma­té­riaux (en par­ti­cu­lier, si­li­cium et GaN af­fichent des co­ef­fi­cients de di­la­ta­tion ther­mique dif­fé­rents), le stress in­duit lors des phases de re­froi­dis­se­ment (de 1000°C à 25°C) est com­pen­sé par la pré­sence d’une couche tam­pon. La pro­duc­tion de com­po­sants en GaN sur des tranches de 200mm, au lieu de 100mm ou 150 mm, se tra­duit in­ci­dem­ment par une ré­duc­tion des coûts. Pour leur fa­bri­ca­tion, un par­te­na­riat stra­té­gique a été si­gné en 2015 avec le fon­deur al­le­mand X-Fab Si­li­con Foun­dries. Exa­gan avait l’an der­nier, lors de la même ma­ni­fes­ta­tion, exposé une sé­rie de G-FET 650 V en GaN sur si­li­cium, se­lon une confi­gu­ra­tion cas­code ga­ran­tis­sant un com­por­te­ment d’in­ter­rup­teur nor­male-

ment ou­vert (« nor­mal­ly-off »). Une étape dans l’in­té­gra­tion a de­puis été fran­chie avec les G-Drive, qui as­so­cient deux puces dans le même boî­tier : un tran­sis­tor en GaN et son pi­lote de grille en si­li­cium. À ces élé­ments s’ajoutent di­verses pro­tec­tions (ther­mique, vis-à-vis des sur­in­ten­si­tés et des sous-ten­sions), ain­si qu’une cir­cui­te­rie de dé­tec­tion de cou­rant et de contrôle des fronts de com­mu­ta­tion pour la maî­trise des in­ter­fé­rences élec­tro­ma­gné­tiques. « Nous sommes ici dans une ap­proche sys­tème et non plus de si mple i nter­rup­teur, in­cluant un pi­lote adap­té à nos tran­sis­tors en ni­trure de gal­lium. Ce­lui-ci est ca­pable de fonc­tion­ner à des fré­quences très éle­vées et est très dif­fé­rent d’un dri­ver de Mos­fet clas

sique », in­dique Éric Mo­reau, res­pon­sable des pro­duits et des ap­pli­ca­tions chez Exa­gan. Ini­tia­le­ment, les com­po­sants dé­ve­lop­pés par la so­cié­té ci­ble­ront les char­geurs de bat­te­rie pour or­di­na­teurs por­tables, ta­blettes et smart­phones. Des mo­dèles de dé­mons­tra­tion de 65 W, com­pa­tibles USB PD, étaient d’ailleurs ex­po­sés sur son stand. Par rap­port aux char­geurs tra­di­tion­nels, réa­li­sés à par­tir de com­po­sants en si­li­cium, l a ré­duc­tion de vo­lume ob­te­nue grâce au GaN est de l’ordre d’un rap­port 3. Pour l’heure, le ca­ta­logue de pro­duits stan­dard d’Exa­gan com­prend quatre G-Fet 650 V de 10A, 25A, 40A et 75A, dont la ré­sis­tance à l’état pas­sant s’éche­lonne entre entre 30 et 90 mΩ. Ceux-ci né­ces­si­te­ront un dri­ver ex­terne, une option en­core pri­vi­lé­giée par de nom­breux concep­teurs. À ces G-Fet s’ajoutent trois G- Drive ( 65, 115 et 190 mΩ) en boî­tier PQFN8x8, com­man­dés par une ten­sion Cmos de 3V à 5,5 V. « Si notre point de dé­part est d’adres­ser le mar­ché des char­geurs de bat­te­rie avec notre offre 650 V dans notre feuille de route, nous en­vi­sa­geons de

mon­ter en ten­sion, 900 V ou 1200V, car notre ma­té­riau l’au­to­rise. Pour réa­li­ser des so­lu­tions sys­tèmes in­tel­li­gentes, le GaN se­ra clai­re­ment un élé

ment dif­fé­ren­cia­teur », ana­lyse Fré­dé­ric Dupont, co­fon­da­teur et CEO d’Exa­gan. Sur le stand de Mer­sen étaient ex­po­sées les der­nières réa­li­sa­tions de Ca­ly Tech­no­lo­gies, une so­cié­té lyon­naise dans la­quelle le pre­mier ci­té a, en avril der­nier, pris une par­ti­ci­pa­tion à hau­teur de 49 %, ce­ci ex­pli­quant ce­la. Créée en 2017, Ca­ly Tech­no­lo­gies est spé­cia­li­sée dans la concep­tion de com­po­sants se­mi-conduc­teurs en car­bure de si­li­cium (li­mi­teurs de cou­rant, diodes Schott­ky, JFET) pour la pro­tec­tion des sys­tèmes et la conversion d’éner­gie. La so­cié­té adresse les ap­pli­ca­tions pour les­quelles des com­po­sants de puis­sance spé­ci­fiques sont de­man­dés. De la sorte, elle n’em­piète pas sur les terres des té­nors du do­maine que sont In­fi­neon, Wolf­speed ou autre, plus in­té­res­sés par les mar­chés gé­né­rant de forts vo­lumes. Ain­si, Ca­ly échan­tillonne pré­sen­te­ment, ou va échan­tillon­ner, des diodes Schott­ky haute ten­sion (1 200 V, 1 700 V, 3 300 V) de grande ro­bus­tesse en car­bure de si­li­cium. Celles-ci trou­ve­ront leur juste em­ploi dans les conver­tis­seurs de puis­sance pour les sources d’éner­gie re­nou­ve­lable, les sys­tèmes de

com­mande de mo­teur, les mul­ti­plieurs de ten­sion dans les équi­pe­ments mé­di­caux, les char­geurs de bat­te­rie, les ali­men­ta­tions à dé­cou­page pour les ser­veurs et les té­lé­coms... Les mo­dèles 3 300 V, de 2 A et 50 A, au­jourd’hui échan­tillon­nés sous la forme de puces nues, se­ront dis­po­nibles en boî­tier TO-247-L au qua­trième tri­mestre de cette an­née. « Entre 1200V et 3300V, les tech­no­lo­gies sont pra­ti­que­ment si­mi­laires. Mais pour mon­ter jus­quà 6,5 ou 10 kV, il fau­dra plus de

temps », com­mente Gon­za­lo Pi­cun, res­pon­sable du dé­ve­lop­pe­ment chez Ca­ly Tech­no­lo­gies. Mais la gamme de pro­duits phare de la so­cié­té est re­pré­sen­tée par ses li­mi­teurs de cou­rant ou CLD ( Current Li­mi­ting

De­vice) ori­gi­naux. Ces com­po­sants, uni­di­rec­tion­nels ou bi­di­rec­tion­nels, pour les ap­pli­ca­tions de pro­tec­tion contre la foudre, les sur­ten­sions et les sur­in­ten­si­tés, agissent en sé­rie et non en pa­ral­lèle, comme tra­di­tion­nel­le­ment. En fonc­tion­ne­ment nor­mal, un CLD se com­porte comme une ré­sis­tance. Après ap­pa­ri­tion d’une sur­charge en cou­rant ou en ten­sion, le cou­rant est li­mi­té et main­te­nu à une va­leur constante au-de­là d’un seuil de ten­sion don­né. « Par rap­port aux ap­proches clas­siques de pro­tec­tion des lignes de don­nées, un pe­tit CLD rem­place la r ésis­tance de puis­sance re­quise pour li­mi­ter le cou­rant en cas d’agres­sion. Mais on va aus­si pou­voir di­mi­nuer la taille de la diode TVS qui va dis­si­per l’éner­gie. Fi­na­le­ment, ce­la va se tra­duire non seule­ment par une so­lu­tion plus com­pacte, mais aus­si par de meilleures per­for­mances en trans­mis­sion de don­nées, dans la me­sure où la ca­pa­ci­té pa­ral­lèle de la diode se­ra plus faible », sou­ligne Do­mi­nique Tour­nier, co­fon­da­teur et CTO de Ca­ly Tech­no­lo­gies.

≥ Le sa­lon PCIM Eu­rope a réuni cette an­née 506 ex­po­sants et co- ex­po­sants, aux­quels se sont ajou­tées 88 so­cié­tés re­pré­sen­tées. La pro­chaine édi­tion se tien­dra du 7 au 9 mai 2019, au même lieu.

≤ Mi­cro­se­mi a mis en exergue une sé­rie de mo­dules Mos­fet en car­bure de si­li­cium dans un nou­veau boî­tier bap­ti­sé SP6LI, dont l’in­duc­tance pa­ra­site est in­fé­rieure à 3nH.

≥ Vue sur le stand de Mer­sen, la gamme de diodes Schott­ky et de li­mi­teurs de cou­rant en car­bure de si­li­cium de Ca­ly Tech­no­lo­gies.

≥ Sur son stand, Exa­gan a mon­tré des char­geurs USB PD de 65 Wde grande com­pa­ci­té, réa­li­sés à par­tir de ses com­po­sants en GaN.

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