Leistungsmodule (IPM), IGBT und Kfz-Leistungsgeräte

Die aktuelle Designrichtung für SiC-Module zielt auf eine kompaktere Struktur ab. Dies wird durch den Einsatz von doppelseitigem Silbersintern und Kupferdrahtbonden sowie durch die Entwicklung von Hochleistungskeramiksubstraten aus Aluminiumnitrid (AlN) für flüssigkeitsgekühlte PinFin-Platinen auf Kupferbasis und Induktionsanschlüssen für die Mehrsignalüberwachung (schweiß- und einpresskompatibel) erreicht. Geringe Verluste, hohe Durchbruchspannung, niedriger Durchlasswiderstand, hohe Stromdichte und hohe Zuverlässigkeit werden angestrebt. Gutes Design und fortschrittliche Prozesstechnologie sorgen dafür, dass die Vorteile von Siliziumkarbid-MOSFETs in den Geräten optimal genutzt werden.

Kleinere Zellgröße, geringerer Einschaltwiderstand, geringere Schaltverluste und verbesserter Gateoxidschutz sind die wichtigsten Entwicklungstrends der Siliziumkarbid-(SiC)-MOSFET-Technologie. Diese Trends spiegeln sich in besserer Leistung und höherer Zuverlässigkeit in der Anwendung wider. Darüber hinaus stellen die hohe Leistungsdichte, die hohen Sperrschichttemperatureigenschaften und die hohen Frequenzanforderungen von SiC-Bauelementen auch höhere Anforderungen an bestehende Verpackungstechnologien. Derzeit konzentrieren sich Innovationen im Bereich der Leistungsmodulverpackung in China hauptsächlich auf folgende Bereiche:

Fortschrittliche Verbindungsmaterialien und -prozesse, um höheren Temperaturschwankungen standzuhalten:

Die drei wichtigsten Arten von Keramik-Kupfer-Substraten, die in Leistungsmodulen verwendet werden, sind folgende: AI2O3-DBC hat den höchsten Wärmewiderstand, aber die niedrigsten Herstellungskosten; AlN-DBC hat den niedrigsten thermischen Widerstand, aber eine schlechte Zähigkeit; Das Keramikmaterial Si3N4-AMB verfügt über einen mittleren Wärmewiderstand, eine ausgezeichnete Zähigkeit und hervorragende Wärmekapazitätsparameter, was die Wärmeableitungsfähigkeit, die Strombelastbarkeit und die Leistungsdichte des Moduls erheblich verbessert. Si3N4-AMB eignet sich besonders für SiC-Modulanwendungen in Automobilqualität.

Kürzere Verbindungswege und fortschrittliche Verbindungstechnologien zur Reduzierung der parasitären Induktivität für Hochfrequenzgeräteeigenschaften:

Silbersintern ist derzeit die fortschrittlichste Schweißtechnologie im Bereich SiC-Module. Es kann die anspruchsvollen Anforderungen von Leistungsmodulen in Automobilqualität für Betriebsbedingungen bei hohen und niedrigen Temperaturen vollständig erfüllen. Im Vergleich zu herkömmlichen Löttechniken erreicht das Sintern von Silber keine Hohlräume, das Sintern bei niedriger Temperatur eignet sich für den Einsatz bei hohen Temperaturen und reduziert die Dicke der Lotschicht um 60–70 %. Es eignet sich für Hochtemperatur-Geräteverbindungen. Das Sintern von Silber bietet im Vergleich zu Lötmaterialien eine bessere elektrische und thermische Leistung, mit einer 5- bis 6-fachen Steigerung der elektrischen Leitfähigkeit und einer 3- bis 4-fachen Steigerung der Wärmeleitfähigkeit. Viele Unternehmen haben bereits versucht, alle herkömmlichen Lötmaterialien in Leistungsmodulen, einschließlich Chips, Widerständen und Sensoren, auf Silbersinterverfahren umzustellen.

Integration von Verpackungsstrukturdesign und Schaltungstopologie für ein besseres System-Wärmemanagement:

Um das thermische Pfaddesign von Modulprodukten kompakter zu gestalten und ein kompakteres und effizienteres integriertes Design von Wechselrichtersystemen zu ermöglichen sowie die Gesamtsystemkosten weiter zu senken, werden Verbesserungen bei der Wärmeableitung und der Stromtragfähigkeit durch Änderungen in der Verpackung erreicht Formen. Es werden interne Strukturen mit mehreren parallel geschalteten Chips verwendet, wobei die Hauptparallelschaltungen und Treiberschaltungen ähnliche Parameter haben, um die Stromaufteilung zwischen parallelen Chips sicherzustellen. Im Inneren des Moduls sind Temperatursensoren (PTCs) installiert, und die PTCs sind in der Nähe der Chips in der Mitte des Moduls platziert, was eine enge thermische Kopplung und bequeme und genaue Temperaturmessungen des Moduls ermöglicht.