Herkömmliche Chip- und Verbindungstechnologien kommen bei der Steigerung der Leistungsdichte und der Erhöhung der Lebensdauer für Leistungsmodule an ihre Grenzen. Mit der Chip-Generation IGBT5 und der Aufbau- und Verbindungstechnologie .XT von Infineon lässt sich einerseits die Leistungsdichte steigern, während andererseits auch die Lebensdauer erhöht wird. Die  Technologie verbessert die Lastwechselfestigkeit (Power Cycling) der Leistungshalbleiter-Module.

Ein Leistungsmodul hat grundsätzlich einen stapelförmigen Aufbau. Es beginnt mit einer Bodenplatte aus Kupfer, auf der über ein Substrat (DCB, Direct Copper Bonding) die eigentlichen Halbleiterschalter aufgelötet und über Bonddrähte an der Oberseite verbunden sind. Während IGBT5-Chips höhere Leistungsdichten mit geringeren statischen und dynamischen Verlusten erlauben, sorgt die .XT-Aufbau- und Verbindungstechnologie für eine längere Lebensdauer durch eine verbesserte thermische Lastwechselfestigkeit.

Kompaktes und robustes Leistungsmodul

Bild 1: Die Primepack-Leistungsmodule basieren auf IGBTs der fünften Generation mit einer maximalen Sperrschichttemperatur von 175 °C.

Bild 1: Die Primepack-Leistungsmodule basieren auf IGBTs der fünften Generation mit einer maximalen Sperrschichttemperatur von 175 °C. Infineon

Die Primepack-Leistungsmodule (Bild 1) basieren auf den IGBT5-Chips. Diese bieten eine um 25 K höhere maximale Sperrschicht-Temperatur (Tvjop = 175°C) im Vergleich zur Vorgängergeneration. Zudem wurden das Schaltverhalten der Module verbessert und die Gesamtverluste reduziert, wodurch höhere Leistungsdichten erreichbar sind. Bei gleicher Abmessung des Primepack-Moduls lässt sich so der Ausgangsstrom der Anwendung um bis zu 25 Prozent steigern. Die .XT-Technologie basiert auf einer Sinterung der IGBT-Chips und Dioden zusammen mit einem verbesserten Lötprozess und der Verwendung von Kupfer-Bonddrähten anstelle der herkömmlichen Aluminium-Bonddrähte.

Für die Anwendungen bedeutet das eine höhere Systemzuverlässigkeit, da die Lebensdauer für die Module deutlich länger ausfällt. Bei gleicher Ausgangsleistung fällt auch der Aufwand für die Kühlung geringer aus, während andererseits Überlastfälle des Systems besser beherrschbar sind. Da Primepack 3 sich zu einem Standard für Leistungsmodul-Gehäuse im Megawatt-Leistungsbereich entwickelt hat, liegt es nahe, die Einführung der fünften Generation des 1700-V-IGBT in diesem Gehäuse durchzuführen. Mit Einführung des  IGBT-Halbbrücken-Moduls der fünften Generation in Verbindung mit der Aufbau- und Verbindungstechnologie .XT ließ sich der Nennstrom des Moduls von 1400 A auf 1800 A erhöhen.

Für diese Steigerung des Modulstroms wurde das Primepack-3-Gehäuse modifiziert und um einen zweiten, zusätzlichen Wechselspannungsanschluss erweitert, während die äußeren Abmessungen erhalten blieben. Infineon hat die Primepack-Generation mit Varianten für 1200 V/1200 A (FF1200R12IE5) und 1700 V/1800 A (FF1800R17IP5) eingeführt und mit Modulen für 1200 V/1500 A, 1200 V/1800 A, 1700 V/1200 A und 1700 V/1500 A erweitert.

 

Details zu den IGBT-Chips der 5. Generation und warum damit höhere Leistungsdichten möglich sind, erfahren Sie auf der folgenden Seite.

Seite 1 von 3123