Key Research Areas

DESIGN DES LEISTUNGSMODULS

Dieses ultrakompakte Design eines niedriginduktiven Leistungsmoduls enthält viele Innovationen, die eine hohe Leistungsdichte in Kombination mit hervorragenden Schalteigenschaften ermöglichen. Die Basis bildet ein von der Rogers Corporation geliefertes curamik® Mehrlagenkeramiksubstrat mit zwei elektrischen Schichten oben und in der Mitte. Die isolierte untere Kupferschicht enthält einen integrierten Kühlkörper. Trotz zweier keramischer Schichten kann ein sehr geringer thermischer Widerstand von unter 0,265 K/W vom Übergang zum Fluid erreicht werden.

Nach dem Sintern der SiC-MOSFETs auf das Keramiksubstrat wird die Baugruppe vermoldet. Auf der Moldkappe wird eine strukturierte elektrische Kupferschicht aufgebracht und mit gebohrten Blind Vias elektrisch mit dem keramischen Substrat verbunden. Die Kombination aus dem innovativen Substrat, der zusätzlichen elektrischen Schicht auf der Moldkappe und damit der Integration eines lokalen DC-Links auf dem Modul bieten ein sehr geringes induktives Kommutierungszellendesign mit Lσ = 1,7 nH.

Es ermöglicht auch sehr niederinduktive DC+ / - Anschlüsse, eine Implementierung von SMD-Bauteilen und damit eine erste On-Board-Treiberstufe mit geringster parasitärer Streuinduktivität im Gatepfad zum Chip.

AUFBAU- UND VERBINDUNGSTECHNIK

SiC-Chip-Montage auf keramischem Substrat

• Hochpräzise und verkippungsfreie Montage (+/- 10 μm in x/y/z)
• Sintern von vorgefertigten SiC-Chips auf einer Kupferoberfläche

Verkapselung

• Transfermold-Technologie
• Vergussmasse geeignet für nachträgliches Via-Lasern
• Verkapselung von dickem Substrat (4,5 mm) mit anspruchsvoller Füllgeometrie

Umverdrahtung und SiC-Anbindung

• Direktmetallisierung der Moldoberfläche
• Laserbohren von Sacklöchern in die Moldmasse (400 μm / 1000 μm)
• Endoberfläche (NiAu) für die abhschließende SMD-Bestückung

SMD-Bestückung

• Bleifreies Löten von SMDs auf dem neuesten Stand der Technik

ANWENDUNGEN

Um die überlegenen Eigenschaften von Wide Band Gap (WBG) Halbleitern nutzen zu können, werden Leistungsmodule mit optimierten parasitären elektromagnetischen Eigenschaften und hoher Temperaturbeständigkeit benötigt, die einen hohen Integrationsgrad zulassen:

Anforderungen an Wide Band Gap Leistungsmodule:

• Niederinduktive Kommutierungszelle,
• Niederinduktiver Gatepfad,
• Niederinduktive Last- und Signalanschlüsse,
• Sehr geringer thermischer Widerstand.

Höchstentwickelte niederinduktive Leistungsmodule bieten einzigartige Funktionen wie:

• Niedrigste Schaltverluste,
• Eine niedrigen R_ds,on,
• Nahezu kein Spannungsüberschwingen beim Ausschalten,
• Mehr Ausgangsleistung aus dem gleichen Chip,
• Reduzierung von Größe und Masse.

Damit sind sie für eine Vielzahl von Anwendungen in den Bereichen Automotive, Solarenergie und Industrie interessant.

TECHNISCHE DATEN

Elektrische Eigenschaften

• Halbbrückentopologie
• U_ds,max = 1200 V
• R_ds,on = 11 mΩ
• I_out,eff = 160 A
• Maximale Umrichterleistung 40 kVA (120 kVA für 3 Phasen)
• Lokaler DC-Link on-board
• SMD-Komponenten on-board
• Integrierter Treiber-Booster für niedrigste Gate-Induktivität
• L_{σ,Leistungsmodul} 1,7 nH

Thermische Eigenschaften

• Integrierter Kühlkörper im Keramiksubstrat
• Isolierter Kühlkörper
• Einseitige Kühlung
• R_{th(Chip-Kühlmedium)} ≤ 0,265 K/W

Mechanische Eigenschaften

• Ultrakompaktes Design
• Größe: 48 mm x 48 mm x 5 mm + SMD-Bauteile und Rahmen
• Mehrlagiges Si3N4-Keramiksubstrat
• Federkontakte (Last und Treiber)