Silizium ist traditionell das bevorzugte Material f\u00fcr Leistungshalbleiter, aber in letzter Zeit hat sich Siliziumkarbid (SiC) als alternatives Material herauskristallisiert, das eine bessere Leistung f\u00fcr Hochw\u00e4rme- und Hochspannungsanwendungen bietet.<\/p>\n
SiC-Leistungsmodule zeichnen sich durch h\u00f6here Schaltfrequenzen bei geringeren Verlusten f\u00fcr kompaktere passive Filterkomponenten aus und erm\u00f6glichen so eine h\u00f6here Leistungsdichte in Systemen bei geringeren Kosten.<\/p>\n
Leistungshalbleiter aus Siliziumkarbid (SiC) mit breiter Bandl\u00fccke k\u00f6nnten den Markt f\u00fcr Leistungsmodule durch schnellere Schaltgeschwindigkeiten, geringere Verluste und reduzierte elektromagnetische St\u00f6rungen (EMI) revolutionieren. Um die Vorteile von SiC-Modulen in vollem Umfang nutzen zu k\u00f6nnen, ist jedoch ein geeigneter Ansatz bei der Entwicklung und Montage erforderlich. Im Folgenden finden Sie einige bew\u00e4hrte Verfahren, die Entwicklern dabei helfen k\u00f6nnen, etwaige H\u00fcrden zu \u00fcberwinden und die Vorteile voll auszusch\u00f6pfen.<\/p>\n
Hochgeschwindigkeits-SiC-Leistungstransistoren haben das Potenzial, die Systemspannung um bis zu 50% zu reduzieren und gleichzeitig eine \u00fcberragende Oberschwingungsleistung zu bieten, so dass Entwickler kleinere passive Komponenten einsetzen und die Leistungsdichte erh\u00f6hen k\u00f6nnen. Die Kommutierungsinduktivit\u00e4t ist nach wie vor eine der gr\u00f6\u00dften Herausforderungen im Zusammenhang mit SiC-Bauelementen. Um sie zu verringern, sollten die Entwickler SiC-MOSFETs in Geh\u00e4use mit minimaler parasit\u00e4rer Induktivit\u00e4t einbauen.<\/p>\n
Die SEMITOP E1\/E2-Leistungsmodulplattform verf\u00fcgt \u00fcber die neuesten Chip-Generationen in verschiedenen Topologien, wie z.B. Sixpack-, Half-Bridge- und H-Bridge-Topologien. Die Pinbelegung ist f\u00fcr einfachere Leiterplattenentw\u00fcrfe und die gleichzeitige Parallelschaltung mehrerer Leistungsmodule optimiert und verf\u00fcgt \u00fcber einen extrem niedrigen spezifischen RDS(on)-Temperaturkoeffizienten, der hohe Betriebsgeschwindigkeiten erm\u00f6glicht.<\/p>\n
Leistungsmodule aus Siliziumkarbid sind eine ausgezeichnete Wahl f\u00fcr Anwendungen, die eine h\u00f6here Leistungsdichte, Zuverl\u00e4ssigkeit und schnellere Schaltgeschwindigkeiten erfordern. Ihr breiter Temperaturbereich und ihr hoher Wirkungsgrad machen sie zu einer attraktiven Option f\u00fcr Motorantriebe und Batterieladeger\u00e4te. Dar\u00fcber hinaus k\u00f6nnen sie gro\u00dfen Sto\u00dfstr\u00f6men standhalten und bieten im Vergleich zu herk\u00f6mmlichen Silizium-Leistungshalbleitern ein besseres thermisches Verhalten, was zu erheblichen Kosteneinsparungen f\u00fchrt.<\/p>\n
Trotz der vielen Vorteile, die Hochgeschwindigkeitsschaltungen bieten, gibt es immer noch einige Hindernisse, die einer breiten Einf\u00fchrung in industriellen Anwendungen entgegenstehen. Dazu geh\u00f6ren Schwierigkeiten bei der genauen Pr\u00fcfung und Messung von Schaltern, Schaltungsparasitika, die Spannungsspitzen verursachen k\u00f6nnen, die Nichteinhaltung von EMI-Vorschriften sowie hochkomplexe Anforderungen an Design und Integration von Leistungsstufen. Zum Gl\u00fcck gibt es einige bew\u00e4hrte Verfahren, mit denen diese Probleme \u00fcberwunden werden k\u00f6nnen und die das volle Potenzial der SiC-Technologie in Hochgeschwindigkeitsanwendungen freisetzen.<\/p>\n
Die LM Power Module Platform von Wolfspeed nutzt die Vorteile von Siliziumkarbid in anspruchsvollen Anwendungen mit hoher Leistungsdichte, wie z.B. Ladeger\u00e4te f\u00fcr Elektrofahrzeuge und industrielle USVs, wie z.B. das innovative 62 mm Modulgeh\u00e4use, das SiC-Schalthalbleiter mit einer Industriestandard-Grundplatte kombiniert, um eine kontinuierliche Sperrschichttemperatur von 175 Grad Celsius zu erreichen, und ein zuverl\u00e4ssiges Si3N4-Leistungssubstrat aufweist, um mechanische Robustheit in rauen Umgebungen zu gew\u00e4hrleisten, zus\u00e4tzlich zu einer AlSiC-Grundplatte mit einem extrem niedrigen \u00dcbergangswiderstand von 0.15degC\/W pro Schalterposition f\u00fcr maximale W\u00e4rmewiderstandsleistung und mechanische Haltbarkeit unter rauen Bedingungen.<\/p>\n
Fahrantriebe sind f\u00fcr einen Gro\u00dfteil der Energieerzeugung eines Elektrofahrzeugs (EV) verantwortlich. Sie m\u00fcssen daher mit maximaler Effizienz arbeiten und gleichzeitig m\u00f6glichst wenig Platz beanspruchen, um das Gewicht zu minimieren. Um die Reichweite zu maximieren, m\u00fcssen sie au\u00dferdem auf kleinem Raum eine hohe Leistung erzeugen. Dazu sind Wechselrichter erforderlich, die die Leistung mit h\u00f6heren Schaltfrequenzen und geringeren Verlusten als herk\u00f6mmliche Silizium-IGBTs umwandeln.<\/p>\n
Wide-Bandgap-Siliziumkarbid (WBG SiC) ist das optimale Material, um diese Leistungsziele zu erreichen. Im Vergleich zu herk\u00f6mmlichen Si-Bauelementen k\u00f6nnen WBG-SiC-Bauelemente bei h\u00f6heren Temperaturen und Spannungen betrieben werden, ohne dass Schaltverluste auftreten, wie sie bei Silizium-Bauelementen zu beobachten sind; au\u00dferdem weist es geringere Schaltverluste als Silizium auf, was h\u00f6here Schaltfrequenzen erm\u00f6glicht, die letztlich die Effizienz und Leistungsdichte erh\u00f6hen.<\/p>\n
Aus diesem Grund setzen die Entwickler von Energieumwandlungssystemen zunehmend auf Siliziumkarbid-Bauelemente (SiC). Die Vorteile von SiC sind enorm, aber die Verwendung von SiC kann auch eine Reihe von Herausforderungen mit sich bringen. Zum Beispiel k\u00f6nnen die hohen Temperaturen und die hohe Leistung die L\u00f6tstellen \u00fcberm\u00e4\u00dfig belasten, was die F\u00e4higkeit, die Leistung zu wechseln, erheblich reduziert. Vincotech hat darauf mit der Entwicklung einer innovativen Chip-L\u00f6ttechnologie reagiert, die solche Belastungen abmildert, um die Power-Cycling-F\u00e4higkeit von SiC-Modulen zu verbessern.<\/p>\n
SiC-Module zeichnen sich im Vergleich zu anderen Bauelementen durch eine hervorragende W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit aus und erm\u00f6glichen es den Entwicklern, die Gr\u00f6\u00dfe der passiven Filterkomponenten zu reduzieren, um eine h\u00f6here Leistungsdichte zu erreichen und gleichzeitig den Bedarf an W\u00e4rmeableitung zu verringern, wodurch die Gesamtsystemkosten gesenkt werden.<\/p>\n
SiC kann auch dazu beitragen, das Gewicht und die Gr\u00f6\u00dfe von Stromrichtern zu reduzieren, da es viel kleiner ist als herk\u00f6mmliche Silizium-Bauelemente, wodurch die Systemeffizienz und -zuverl\u00e4ssigkeit verbessert und gleichzeitig Gewicht und Gr\u00f6\u00dfe reduziert werden.<\/p>\n
Unabh\u00e4ngig von der Anwendung m\u00fcssen die Hersteller von Stromrichtern sicherstellen, dass ihre Module anspruchsvolle Leistungskriterien erf\u00fcllen k\u00f6nnen. Dazu geh\u00f6ren eine hohe Schaltfrequenz und eine niedrige Streuinduktivit\u00e4t - wesentliche Elemente zur Aufrechterhaltung der f\u00fcr eine optimale Leistung erforderlichen schnellen Flankenraten. Gl\u00fccklicherweise erf\u00fcllen die 3,3-kV-Leistungsmodule von Wolfspeed, die vollst\u00e4ndig aus SiC bestehen, diese strengen Standards dank der branchenf\u00fchrenden St\u00e4rken bei Stromteilung und Gate-Treibern.<\/p>\n
SiC-Leistungshalbleiter mit breiter Bandl\u00fccke weisen im Vergleich zu Silizium-Halbleitern deutlich geringere Verluste auf, was h\u00f6here Schaltfrequenzen und kleinere passive Komponenten erm\u00f6glicht. Au\u00dferdem kann SiC extremen Temperaturen standhalten, ohne mit der Zeit an Leistung zu verlieren.<\/p>\n
Diese Faktoren erm\u00f6glichen es Entwicklern, energieeffizientere, kompaktere und kosteng\u00fcnstigere Energieumwandlungssysteme mit SiC-Modulen zu bauen. Ihre leichte und dennoch flexible Bauweise hat zu einer Gewichtseinsparung von 20% bei Wechselrichtern f\u00fcr die Traktion von Eisenbahnwaggons gef\u00fchrt, die im japanischen Shinkansen-Zugsystem eingesetzt werden; auch Ladeger\u00e4te f\u00fcr Elektrofahrzeuge und Eisenbahnbatterien k\u00f6nnen von der h\u00f6heren Effizienz und Leistung von SiC profitieren.<\/p>\n
Das d\u00fcnnere SiC-Material reduziert auch die Kommutierungsinduktivit\u00e4t und erm\u00f6glicht so h\u00f6here Schaltgeschwindigkeiten, die zu kleineren magnetischen Filterkomponenten und einer h\u00f6heren Leistungsdichte f\u00fchren. Eine h\u00f6here Schaltfrequenz senkt auch die Welligkeitsspannung f\u00fcr k\u00fcrzere R\u00fcckkopplungsschleifen mit geringeren EMI-Werten; die geringeren Schaltverluste reduzieren die Leistungsverluste weiter und erh\u00f6hen die Temperaturstabilit\u00e4t.<\/p>\n
Wolfspeed bietet ein umfangreiches Portfolio an Siliziumkarbid-Modulen, die den Anforderungen verschiedener Anwendungen gerecht werden. Dazu geh\u00f6ren AC\/DC-Leistungsfaktorkorrekturmodule, Abw\u00e4rts-\/Aufw\u00e4rts-DC\/DC-Module, bidirektionale AC\/DC-Module und Hochfrequenz-DC\/DC-Module, die den Entwicklern helfen, die Vorteile dieser Module zu nutzen. Das Portfolio von Wolfspeed umfasst auch Referenzdesigns und Evaluierungs-Toolkits zur Unterst\u00fctzung des Designprozesses.<\/p>\n
SiC ist eine attraktive Wahl, doch um sein volles Leistungspotenzial auszusch\u00f6pfen, m\u00fcssen bestimmte mechanische Eigenschaften ber\u00fccksichtigt werden. Zu diesen Herausforderungen geh\u00f6ren thermische Belastungen, hohe Betriebstemperaturen und eine begrenzte Wechselstromf\u00e4higkeit. Vincotechs fortschrittliche Die-Attach-Technologie bietet L\u00f6sungen, um diese Schwierigkeiten zu \u00fcberwinden, indem sie die L\u00f6tstellen entlastet - das schwache Glied in SiC-Leistungsmodulen.<\/p>\n
Die Technologie des Unternehmens nutzt eine patentierte L\u00f6tlegierung, um sicherzustellen, dass die Leistungsmodule langfristigen thermischen Belastungen standhalten, ohne die Siliziumwafer zu besch\u00e4digen, wodurch die Zykluslebensdauer erh\u00f6ht und das Ausfallrisiko in anspruchsvollen medizinischen Stromversorgungsanwendungen verringert wird. Dar\u00fcber hinaus st\u00e4rkt diese fortschrittliche Technologie die Verbindung zwischen SiC-Chips und Metallsubstraten, wodurch die Zyklenfestigkeit von SiC-Chips weiter erh\u00f6ht wird.<\/p>\n
Siliziumkarbid (SiC) kann als Halbleitermaterial mit breiter Bandl\u00fccke zahlreiche Vorteile bei Anwendungen zur Energieumwandlung bieten. Zu diesen Vorteilen geh\u00f6ren ein h\u00f6herer Wirkungsgrad, niedrigere Kosten und eine geringere Gr\u00f6\u00dfe - um diese potenziellen Vorteile zu nutzen, m\u00fcssen jedoch verschiedene technische H\u00fcrden \u00fcberwunden werden.<\/p>\n
SiC-Leistungsmodule stellen eine zus\u00e4tzliche Herausforderung dar, wenn es darum geht, ihre Leistungszyklenf\u00e4higkeit zu erh\u00f6hen. Leistungswechseltests simulieren reale Ereignisse, die die internen Mechanismen und Materialien der Ger\u00e4te belasten. In der Industrie werden Power-Cycling-Tests als Ma\u00dfstab f\u00fcr die Leistung der Ger\u00e4te unter verschiedenen Bedingungen verwendet. Bei diesen Tests werden die Ger\u00e4te mit einer Wechselstrompr\u00fcfmaschine mit Hochspannungs-Wechselstrom beaufschlagt, was zu dissipativen Vorg\u00e4ngen f\u00fchrt, die die Temperatur erheblich erh\u00f6hen; h\u00f6here Temperaturen erfordern gr\u00f6\u00dfere Energiemengen, damit die Ger\u00e4te vom sperrenden in den leitenden Zustand wechseln k\u00f6nnen.<\/p>\n
Erh\u00f6hte Schaltenergie f\u00fchrt zu W\u00e4rmeentwicklung, verk\u00fcrzt die Lebensdauer der Ger\u00e4te und erh\u00f6ht das Risiko eines Kurzschlusses oder eines Avalanche-Durchbruchs. Unter solchen Bedingungen kann es zu SC-Fehlern oder Avalanche-Durchbr\u00fcchen kommen, wodurch diese Bauelemente funktionsunf\u00e4hig werden und schlie\u00dflich ganz ausfallen.<\/p>\n
Zu den herk\u00f6mmlichen L\u00f6sungen geh\u00f6rte das Hinzuf\u00fcgen zus\u00e4tzlicher Komponenten in die Schaltkreise, um die Ger\u00e4te zu sch\u00fctzen, was jedoch die Gesamtkosten und die Komplexit\u00e4t der Stromrichter erh\u00f6ht. Daher hat Danfoss eine innovative neue Bond- und Verbindungstechnologie entwickelt, die als Bond Buffer bekannt ist und diese Probleme effektiv l\u00f6st.<\/p>\n
Bei dieser patentierten Technik werden die L\u00f6tstellen in den Modulen durch Kupferdr\u00e4hte und gesinterte Die Attachments ersetzt, so dass die Module bei h\u00f6heren maximalen Sperrschichttemperaturen betrieben werden k\u00f6nnen, ohne dass sich die Stromst\u00e4rke verschlechtert, und gleichzeitig die Zuverl\u00e4ssigkeit und die F\u00e4higkeit zur Leistungs\u00e4nderung verbessert wird.<\/p>\n
Vincotechs SiC-Modulplattform vereint die Geschwindigkeit und Effizienz von Siliziumkarbid-MOSFETs mit dem Industriestandard 62 mm Geh\u00e4use f\u00fcr maximalen Anwendernutzen in Anwendungen mit niedriger Induktivit\u00e4t, wie z.B. industrielle Motorantriebe, EV-Ladeger\u00e4te oder batteriebetriebene Anwendungen.<\/p>\n
Die SiC-Module von Vincotech haben im Vergleich zu Konkurrenzprodukten mit konventionellen L\u00f6tlegierungen eine \u00fcberlegene F\u00e4higkeit zur Leistungssteigerung gezeigt. Diese Verbesserung kann auf die verbesserte F\u00e4higkeit zur\u00fcckgef\u00fchrt werden, thermische Energie effizient zu absorbieren und abzuleiten.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Silizium ist traditionell das bevorzugte Material f\u00fcr Leistungshalbleiter, aber in letzter Zeit hat sich Siliziumkarbid (SiC) als alternatives Material herauskristallisiert, das eine bessere Leistung f\u00fcr Hochw\u00e4rme- und Hochspannungsanwendungen bietet. SiC-Leistungsmodule zeichnen sich durch h\u00f6here Schaltfrequenzen mit geringeren Verlusten f\u00fcr kompaktere passive Filterkomponenten aus und bieten so eine h\u00f6here Leistungsdichte in Systemen mit ...<\/p>\n