Électronique de puissance : la croissance est portée par l’innovation et les nouvelles applications

(c) JPB

Le salon/conférence PCIM Europe, qui se tient depuis plus de 35 ans en mai à Nuremberg, reste le plus important rendez-vous du monde industriel et universitaire de l’électronique de puissance. Deux mondes étroitement liés tant sont importants les échanges et synergies entre l’industrie et la recherche. Les visiteurs se sont ainsi partagés pendant 3 jours entre les 417 stands des exposants du salon et les 250 conférences présentant les derniers travaux de recherche, les tendances et les nouvelles applications d’une électronique présente aussi bien dans l’industrie, les transports que dans les nouveaux bâtiments.

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Tous les ans les bâtiments très fonctionnels et modernes de la foire de Nuremberg (Allemagne) abritent des exposants de plus en plus nombreux alors que dans beaucoup de secteurs d’activité les salons professionnels internationaux connaissent une stagnation voire un recul de leur activité. Les conférences connaissent aussi le même succès, et la sélection des orateurs venant de la recherche universitaire ou de l’industrie devient de plus en plus difficile, le nombre de sessions étant bien entendu limité.

Un salon porté par les nouveaux composants et les nouvelles applications

PCIM est vraiment le rendez-vous mondial de l’électronique de puissance, composants et sous-ensembles, mais aussi des nouvelles applications (domotique, objets connectés, e-mobilité, transports HVDC…) et des nouveaux acteurs de marchés mondiaux en plein développement. Ainsi 417 exposants représentant 88 sociétés se partageaient 21 000 m2 de halls d’exposition, une surface et un nombre d’exposants en augmentation de plus de 50 % depuis 2011. Ces exposants étaient à plus de 51 % des sociétés internationales, hors Allemagne qui reste bien entendu fortement représentée. À noter que pour la première année les sociétés chinoises étaient au premier rang à égalité avec les États-Unis, les sociétés françaises arrivant en 5e position au niveau de la Grande-Bretagne et de l’Italie. Cette présence chinoise se confirme d’année en année, en particulier dans le domaine des composants de puissance standard (IGBT, Thyristors), des composants passifs et bobinages.

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Pendant ces trois jours, 8 976 visiteurs (un nombre en augmentation de 10 % par rapport à 2014) ont pu s’informer sur les dernières tendances et développements dans le domaine de l’électronique de puissance, de la conversion d’énergie liée aux énergies renouvelables et au management de l’énergie (stockage, smart grids, énergie sécurisée). Ces visiteurs pouvaient s’appuyer sur des compétences techniques élevées présentes sur les stands pour répondre à des besoins spécifiques. Ces visiteurs souvent issus de la R&D viennent avec des questions précises liées à des projets en cours : quels composants choisir pour mes nouveaux projets avec comme objectifs : améliorer la fiabilité, réduire les pertes et économiser l’énergie, améliorer leur capacité de communication, le tout sans augmenter les coûts ou le temps de développement.
Ils ont alors à choisir entre l’évolution de technologies éprouvées à base de silicium qui progressent encore avec la 7e génération de modules IGBT plus compacts et plus performants, des modules mixtes hybrides Si+SiC ou les nouvelles technologies SiC (carbure de silicium) et GaN (nitrure de gallium) dont les caractéristiques et performances ne cessent d’évoluer, les catalogues proposés par les fabricants étant de plus en plus complets. Si le prix de ces composants reste plus élevé que les composants traditionnels silicium, ils sont intéressants pour leurs propriétés électroniques et thermiques pour un fonctionnement à haute température ou haute fréquence. Des caractéristiques qui intéressent les fabricants de convertisseurs fonctionnant en environnement sévère, mais aussi ceux recherchant un rendement très élevé (solaire, télécommunications, UPS, véhicules électriques et hybrides…) ou des applications en très hautes fréquences (militaire, télécommunications).
Du fait de l’augmentation des quantités produites, une parité prix/performances entre le silicium et les nouvelles technologies SiC/GaN est attendue pour 2020. Et comme tous ces composants demandent à être refroidis, les solutions techniques de refroidissement (air ou liquide) deviennent de plus en plus performantes avec une offre de plus en plus diversifiée.

Les conférences : un point de rencontre international pour experts

À PCIM le lien est toujours très fort entre les produits et techniques présentés au salon et les 256 présentations orales par des experts universitaires ou venant de l’industrie. Ces 29 sessions couvraient tous les sujets : des composants pour lesquels des sessions étaient dédiées aux technologies GaN et SiC, aux applications pour les convertisseurs AC/DC, DC/DC ou DC/AC, les moteurs et variateurs de vitesse. Les composants passifs et les capteurs avaient aussi leur place ainsi que les études de fiabilité. Pour certains sujets, des sessions spéciales étaient organisées en particulier pour les topologies d’onduleurs photovoltaïques, les composants passifs ou les composants GaN de puissance pour les applications de l’industrie automobile (EV/HEV). Uns session spéciale « e-mobilité » a d’ailleurs été très suivie, ce marché présentant une forte opportunité de croissance pour ces nouveaux composants.

Un moment très attendu de ces trois jours de conférences était le « Key-note » qui débutait chaque journée : un expert international venait présenter l’état de l’art et les futurs développements d’un sujet intéressant tous les participants. Tatsuhiko Fujihira de Fuji Electronic Japon a ainsi présenté l’état de l’art et les tendances futures des semi-conducteurs vus par le responsable d’un grand fabricant japonais.

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Le marché mondial des semi-conducteurs industriels devrait croître de 7 % en 2015. Ce marché de 40,4 milliards de $ avait progressé de 14 % en 2014, tiré par les États-Unis et la Chine. Une croissance moyenne annuelle de 6 % est attendue entre 2015 et 2020, mais le marché de composants optiques tiré par les LED devrait doubler.


Uwe Scheuermann de Semikron Electronik (Allemagne) a fait le point sur l’évolution du design des modules de semi-conducteurs de puissance, mais aussi de tous les tests de fiabilité et de mesure des taux de défauts en fonction des conditions qui peuvent les affecter (température, humidité, fatigue des soudures ou rayons cosmiques). U. Scheuermann recommande des tests de simulation intégrés dans le process de design des modules combinant les effets thermiques, mécaniques et électriques pour améliorer encore la fiabilité et la durée de vie, des éléments clés pour de nombreuses applications civiles, militaires ou spatiales.

Les batteries étant de plus en plus souvent associées à l’électronique nomade, à l’automobile et aux différentes formes de stockage de l’énergie, le troisième « Key-note » présenté par Danil Chatroux, responsable de la « Filière architectures systèmes électriques » du CEA-LITEN de Grenoble, était particulièrement attendu, le CEA-LITEN travaillant depuis de nombreuses années sur les différents types de batteries et l’évolution de leur technologie. Après un rappel des critères de choix de batteries en fonction de l’application et une revue des différents types d’accumulateurs électrochimiques du plomb aux différentes technologies de lithium en passant par le nickel-cadmium ou le sodium-soufre, Daniel Chatroux a présenté les avantages et inconvénients de chaque technologie, ainsi qu’une estimation des coûts. Il était particulièrement intéressant de comparer les différents types de batteries lithium (et ils sont nombreux) en fonction de ces avantages/inconvénients, avec une mention particulière de leur coût, densité d’énergie mais surtout sécurité. À noter que certains véhicules électriques (Tesla par exemple) utilisent des milliers de batteries d’ordinateurs portables en série/parallèle du fait de leur faible coût et de leur production en très grande quantité avec un bon niveau de fiabilité. Le lithium-ion semble bien être la batterie de la prochaine décennie.

Une conférence dont le succès devrait continuer : 82 % des 740 auditeurs ont prévu de revenir en 2016 et noté la date : du 10 au 12 mai 2016.

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