Grant: Collaborative Science, Technology and Innovation Program - Collaborative R&D Initiatives

Encapsulation hétérogène à base de céramiques, de structures organométalliques et de silicones pour la stabilisation thermique et électrique des modules électroniques de puissance dans les groupes motopropulseurs des véhicules électriques

Wide-bandgap (WBG) semiconductors performance is constrained by encapsulation materials that may not reliably withstand the combined high-voltage, high-temperature, and high-frequency conditions of EV powertrains. The Project addresses this challenge by developing silicone-based encapsulation composite integrating thermally conductive ceramic fillers with functional micro- and nanoscale charge-stabilizing additives. Ceramic networks reduce junction temperature and thermal gradients, while controlled charge trapping suppresses space-charge accumulation and partial discharge during high-frequency operation. The compliant silicone matrix accommodates thermomechanical strain, preventing cracking and delamination. The encapsulation targets a high-power-density EV traction inverter as a proof of concept (TRL 4), enabling more reliable power electronics for next-generation EVs. Currently, no baseline information is available on the power discharge performance of existing power electronic modules used in EVs under high-temperature conditions. However, the Project aims to minimize environmental impact, estimated at 20% per IEC 60664-1 for the partial discharge extension voltage.

Les performances des semi‑conducteurs à large bande interdite sont aujourd’hui limitées par les matériaux d’encapsulation, qui ne résistent pas toujours de manière fiable aux conditions combinées de haute tension, de haute température et de haute fréquence caractéristiques des groupes motopropulseurs des véhicules électriques. Pour relever ce défi, le projet développera un composite d’encapsulation à base de silicone intégrant des charges céramiques thermoconductrices ainsi que des additifs fonctionnels micro/nanostructurés destinés à stabiliser les charges électriques. Les réseaux céramiques visent à réduire la température de jonction et les gradients thermiques, tandis que le piégeage contrôlé des charges limite l’accumulation de charge d’espace et prévient les décharges partielles lors d’un fonctionnement à haute fréquence. La matrice en silicone, souple et résiliente, absorbe les contraintes thermomécaniques, réduisant ainsi les risques de fissuration et de délaminage. L’encapsulation sera intégrée à un onduleur de traction pour véhicule électrique à haute densité de puissance dans le cadre d’une démonstration de concept (NMT 4), ouvrant la voie à une électronique de puissance plus fiable pour les véhicules électriques de nouvelle génération. À ce jour, aucune donnée de référence n’existe concernant les performances de décharge électrique des modules électroniques de puissance actuels dans des conditions de température élevée. Le projet contribuera donc à combler cette lacune, tout en visant à minimiser l’impact environnemental conformément à la norme CEI 60664‑1, qui estime à 20 % la tension d’extension des décharges partielles.

In the short term, anticipated outcomes will be strengthened collaborations across industry, academia, and government to support research excellence. In the medium term, anticipated outcomes will be the development of new and potentially disruptive technologies with collaborators. In the long term, find collaborative solutions to public policy challenges and create stronger innovation systems.

À court terme, les résultats prévus seront des collaborations renforcées entre l'industrie, le milieu universitaire et le gouvernement pour soutenir l'excellence en recherche. À moyen terme, les résultats attendus seront le développement de nouvelles technologies potentiellement perturbatrices avec des collaborateurs. À long terme, trouver des solutions collaboratives aux défis des politiques publiques et créer des systèmes d'innovation plus solides.

Collaborate on multiparty research and development programs to catalyze transformative, high-risk, high-reward research with the potential for game-changing scientific discoveries and technological breakthroughs in priority areas.

Collaborer à des programmes multipartites de recherche-développement dans le but de profiter de la synergie entre la recherche transformatrice à haut risque et à haut rendement et le potentiel de découvertes scientifiques et de percées technologiques révolutionnaires dans des secteurs d’intervention prioritaires.