SiC-Power-Module Leistungshalbleiter für die kommende Elektrofahrzeug-Generation

Von Kristin Rinortner

STMicroelectronics arbeitet seit vier Jahren gemeinsam mit Semikron an der Integration von Siliziumkarbid-Leistungshalbleitern in die kommende Elektrofahrzeug-Generation. Heute wurde eine langfristige Entwicklungs- und Bauteilzulieferungs-Partnerschaft bekannt gegeben.

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SiC: STMicroelectronics arbeitet gemeinsam mit Semikron an der Integration von Siliziumkarbid-Technologie in die kommende Elektrofahrzeug-Generation.
SiC: STMicroelectronics arbeitet gemeinsam mit Semikron an der Integration von Siliziumkarbid-Technologie in die kommende Elektrofahrzeug-Generation.
(Bild: STM)

STMicroelectronics liefert einer heutigen Meldung zufolge Siliziumkarbid-Leistungshalbleiter für die zum Einsatz in Elektrofahrzeugen (EVs) bestimmten eMPack-Power-Module von Semikron.

Beide Firmen finalisieren damit die vierjährige technische Zusammenarbeit, die das Ziel hatte, mit SiC-Leistungshalbleitern von ST kompaktere Systeme mit hohem Wirkungsgrad und hoher Leistungsfähigkeit zu erreichen.

Siliziumkarbid: Prädestinierter Halbleiter für EV-Antriebe

SiC entwickelt sich zusehends zur bevorzugten Power-Technologie der Automobilindustrie für EV-Antriebe, in denen sie zur Verbesserung der Reichweite und Zuverlässigkeit beiträgt. Erst kürzlich gab Semikron den Eingang eines Milliarden-Euro-Auftrags bekannt, in dem es um die Lieferung seiner eMPack-Power-Module an einen wichtigen deutschen Automobilhersteller ab dem Jahr 2025 geht.

Karl-Heinz Gaubatz, Semikron: „Im Vorfeld der künftigen Serienfertigung garantiert uns die Kooperation mit ST eine robuste Lieferkette, die die Kontrolle über die Qualität und die Lieferperformance bietet.”
Karl-Heinz Gaubatz, Semikron: „Im Vorfeld der künftigen Serienfertigung garantiert uns die Kooperation mit ST eine robuste Lieferkette, die die Kontrolle über die Qualität und die Lieferperformance bietet.”
(Bild: Semikron)

„Die industrieweit führenden Fähigkeiten von ST in der Produktion von SiC-Bauelementen sowie das fundierte Knowhow des Unternehmens im Bereich dieser Technologie hat es uns ermöglicht, diese Halbleiterbausteine der Spitzenklasse mit unseren fortschrittlichen Fertigungsprozessen zu integrieren, die die Zuverlässigkeit, Leistungsdichte und Skalierbarkeit gemäß den Vorgaben der Automobilindustrie verbessern“, erläutert Karl-Heinz Gaubatz, CEO und CTO von Semikron.

„Im Vorfeld der künftigen Serienfertigung gewährleistet uns die Kooperation mit ST die eine robuste Lieferkette, die die Kontrolle über die Qualität und die Lieferperformance bietet”, so Gaubatz weiter.

„Basierend auf unserer SiC-Technologie sind die fortschrittlichen, skalierbaren Power-Module der eMPack-Familie von Semikron in der Lage, einen entscheidenden Beitrag zur emissionsfreien Motorisierung zu leisten“, kommentiert Edoardo Merli, General Manager der Power Transistor Sub-Group und Executive Vice President von STMicroelectronics.

SiC-Halbleiter der dritten Generation für Leistungsregler

„Abgesehen von ihrem prägenden Einfluss auf die Elektromobilität sorgt unsere SiC-Technologie, die mittlerweile in ihrer dritten Generation verfügbar ist, für mehr Effizienz, Leistung und Zuverlässigkeit im Bereich der erneuerbaren Energien sowie der industriellen Leistungsregler-Applikationen.“

Die SiC-Halbleiter der dritten Generation von ST zeichnen sich durch branchenführende Prozessstabilität und Leistung aus. In gemeinsamer Arbeit integrierten Ingenieure von ST und Semikron STPOWER SiC-MOSFETs, die die Schaltvorgänge im Haupt-Traktionswechselrichter des Elektrofahrzeugs steuern, in den vollständig gesinterten DPD-Montageprozess (Direct Pressed Die) von Semikron.

SiC-MOSFETs in DPD-Technik: Kosteneffizientes Skalieren

Die DPD-Technik verbessert nicht nur die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der Module, sondern ermöglicht auch ein kosteneffektives Skalieren von Leistung und Spannung. Mithilfe der Parameter der in Bare-Die-Form zugelieferten SiC-MOSFETs von ST realisierte Semikron eMPack-Plattformen mit Nennspannungen von 750 und 1.200 V, die für Anwendungen mit Leistungen von 100 bis 750 kW sowie für 400-V- und 800-V-Batteriesysteme konzipiert sind.

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Direct Pressed Die (DPD) – Flexibilität bei der Kühlung

Als Weiterentwicklung der Double Sided Sintering Technology (DSS) präsentierte SEMIKRON 2016 die Direct Pressed Die Technology (DPD). Zusätzlich zum Sintern des Chips auf die DBC (Direct bonded copper) und der Biegeschicht auf den Chip bei der DSS-Technik verwendet die DPD-Technik ein Druckelement, das eine Kraft direkt auf die Oberseite des Chips ausübt. Dadurch entsteht eine optimierte thermische Verbindung zum Kühler dort, wo sie tatsächlich benötigt wird: direkt unter dem Chip.

Es gibt keine feste Verbindung zwischen der DCB und dem Kühlkörper, was eine große Flexibilität bei der Auswahl der Kühlung bietet. Ein DPD-basiertes Leistungsmodul kann flexibel auf konvektions- oder zwangsgekühlten Kühlkörpern sowie auf Wasserkühlern montiert werden.

Elektrisch zeichnet sich die DPD-Technologie eine geringe Streuinduktivität aus, was die Integration der neuesten Wide-Bandgap-Technologien und extrem schnelles Schalten ermöglicht.

Die DPD-Technologie ermöglicht eine höhere Leistungsdichte bei längerer Lebensdauer im Vergleich zu herkömmlichen lotbasierten Aufbau- und Verbindungstechnologien. Damit eröffnet sie neue Systemlösungen für die ständig steigenden Anforderungen an die Leistungselektronik in Anwendungen wie Traktionsumrichter in der Elektromobilität.

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ST produziert derzeit ein breit gefächertes Portfolio an SiC-MOSFETs, die in standardmäßigen Leistungsgehäusen oder als Bare Die angeboten werden. Letztere eignen sich optimal für moderne Module, bei denen eine hohe Leistungsdichte ganz oben auf der Prioritätenliste steht.

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