Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZMNiederinduktive Packages für schnell schaltende Halbleiter
Die Grundlage für kleine Umrichter mit hoher Leistungsdichte
Die Entwicklung sehr schnell schaltender Halbleiter auf Siliziumcarbid (SiC)- und Galliumnitrid (GaN)-Basis bietet die Möglichkeit, Standardleistungsumrichter neu zu erfinden. Dabei ist es nicht zielführend, siliziumbasierte Halbleiter in einem Standardgehäuse einfach zu ersetzen. Das erhöht lediglich die Systemkosten und steigert die Leistungsfähigkeit allenfalls minimal.
Um das Potential der schnell schaltenden Wide-Band-Gap-Leistungshalbleiter nutzen zu können, werden Packages benötigt, die geringe parasitäre Eigenschaften und gleichzeitig ein gutes Wärmemanagement mitbringen. Dann können die Halbleiter mit hohen Schaltfrequenzen und bei hohen Strömen getaktet werden. Dadurch reduzieren sich passive Bauteile wie Filterdrosseln um bis zu Faktor zehn in Gewicht und Bauraum.
Die Integration von Leistungshalbleitern in eine Leiterplatte ist eine Möglichkeit, die Freiheitsgrade zu liefern, die nötig sind, um Packages mit den oben erwähnten Eigenschaften zu designen. Gleichzeitig bietet sich so die Möglichkeit, Bauteile in unmittelbarer Nähe der Halbleiter zu platzieren und so eine Schaltzelle zu generieren, die als Herzstück eines miniaturisierten Umrichters fungiert. Damit können kompakte Umrichter mit einer extrem hohen Leistungsdichte gebaut werden.
Mögliche Anwendungsfelder sind Solarumrichter, aktive Filter, PFCs, Umrichter für Elektrofahrzeuge oder Ladegeräte.
