Une métallisation robuste et de qualité des substrats céramiques 3D est un élément clé de la réussite de ce projet et une nécessité quant à un futur développement industriel des travaux de recherche qui seront réalisés au cours de ces deux thèses.
Les travaux en cours sur la plateforme matériau du CEA de Toulouse fournissent déjà des résultats intéressant qui permettes d’envisager le premier sujet proposé ici. Toutefois, au cours de ces travaux, nous avons pu mettre en évidence qu’un travail conjoint entre les équipes matériaux et puissance permet d’améliorer la qualité des résultats en intégrant l’aspect design for reliability de la conception au matériau. C’est pourquoi, ce second sujet a pour vocation de traiter finement la réalisation des pièces céramiques 3D métallisées, afin de comprendre l’évolution des performances des pièces réalisées en fonctions des céramiques utilisées, des techniques de métallisations, de la nature des métaux, des designs, des process … utilisés.
Aussi, ce travail de thèse débutera par la réalisation de structures planes en céramique sur lesquelles seront réalisés des essais de métallisation en utilisant différentes techniques telles que le brasage des pistes, le dépôt de couches d’accroche suivi d’électroplating, …
Ces différentes techniques et interfaces seront soumises à des tests de vieillissement et de tenue mécanique. En outre, des caractérisations morphologiques seront réalisées. La qualité des interfaces pourra également être évaluée au moyen de caractérisations diélectrique (mesure de rigidité diélectriques, pertes diélectriques, I(V)).
Des éprouvettes seront également réalisées pour vérifier les caractéristiques mécanique, diélectrique et thermique de la céramique ce qui permettra d’alimenter le premier sujet de thèse en données matériaux.
En outre, pendant tout le déroulement de la thèse, des véhicules de test seront réalisés afin de définir les règles de design utilisable pour le dimensionnement du module de puissance.
Pour finir, des pièces céramiques 3D métallisées seront réalisées et caractérisés afin de permettre la réalisation du module de puissance définie dans le premier sujet de thèse.

Afin de tirer profit des composants grands Gap (GaN et SiC), il a été démontré la nécessiter de réduire les éléments parasites dans les cellules de commutation et donc dans les modules de puissance. La solution ‘triviale’ consiste donc à rendre les modules de puissance plus compacts pour résoudre cette problématique d’éléments parasites. Toutefois, cela se fait souvent au détriment de la thermique. Le sujet proposé ici a donc pour ambition de ne négliger aucun de ces aspects en bénéficiant des nouvelles libertés offertes par l’impression 3D céramique en terme de design et de performance.
Aussi, ce travail de thèse débutera par une étude des modules de puissance grand gap actuels, ce qui permettra au doctorant de compléter ses connaissances et de bien comprendre les limites de ces architectures : éléments parasites, parallélisassions, intégrité du signal, gestion de la thermique, décharges partielles ...
De ce premier bilan qui se veut le plus exhaustif possible, nous nous proposons de rechercher par simulation FEM 3D un ensemble de topologies réalisables par impression 3D céramique qui pourront répondre aux problématiques identifiées.
Sur la base de ces résultats, un nouveau module de puissance haute tension (800V-400A) pourra alors être conçu et réalisé.