Im Vergleich zur Vorgängergeneration lassen sich mit den im AE5-Prozess hergestellten IGBTs die Leistungsverluste um zehnn Prozent reduzieren.

Im Vergleich zur Vorgängergeneration lassen sich mit den im AE5-Prozess hergestellten IGBTs die Leistungsverluste um zehn Prozent reduzieren. (Bild: Renesas)

Die IGBTs der AE5-Generation, die für die nächste Generation von Wechselrichtern für Elektrofahrzeuge (EVs) bestimmt sind, werden ab der ersten Hälfte des Jahres 2023 auf den 200- und 300-mm-Waferlinien in der Renesas-eigenen Fabrik in Naka/ Japan in Serie produziert. Darüber hinaus wird Renesas ab der ersten Hälfte des Jahres 2024 die Produktion in seiner neuen 300-mm-Waferfabrik in Kofu (Japan) hochfahren, um die stetig wachsende Nachfrage nach Leistungshalbleiterprodukten zu bedienen.

Mit dem siliziumbasierten AE5-Prozess für IGBTs lassen sich die Leistungsverluste im Vergleich zu den AE4-Produkten der aktuellen Generation um zehn Prozent reduzieren. Dies ermöglicht es Entwicklern von Elektrofahrzeugen, Batterieleistung einzusparen und damit eine Reichweitenerhöhung zu erzielen. Zudem sind die neuen Bausteine bei gleichbleibend hoher Robustheit etwa zehn Prozent kleiner. Die Bausteine erreichen ein hohes Leistungsniveau für IGBTs, indem sie einen Kompromiss zwischen geringer Verlustleistung und Robustheit gewährleisten. Dank verringerter Parameterschwankungen zwischen den einzelnen IGBTs wird die Leistung und Sicherheit von Modulen erheblich verbessert und somit eine hohe Stabilität beim Parallelbetrieb von IGBTs sichergestellt. Diese Eigenschaften bieten eine höhere Flexibilität bei der Entwicklung baugrößenoptimierter Wechselrichter, die eine höhere Leistung erzielen.

Hauptmerkmale der neuen IGBT-Generation (AE5)

Vorgestellt wurden vier Produkte für Wechselrichter mit 400 V bis 800 V: 750-V-Spannungsfestigkeit (220 A und 300 A) und 1200-V-Spannungsfestigkeit (150 A und 200 A). Die IGBTs bieten eine konstante Leistung über den gesamten Sperrschichttemperaturbereich von -40 °C bis +175 °C. Die Einschaltspannung liegt bei 1,3 V, um die Verlustleistung zu minimieren. Im Vergleich zu herkömmlichen Produkten sollen die IGBTs eine um zehn Prozent höhere Stromdichte bei kleiner Chipgröße bieten (100 mm²/300 A). Durch Reduzierung der Parameterschwankungen auf VGE(off) auf ±0,5 V ist ein stabiler Parallelbetrieb möglich. Der sichere Betriebsbereich in Sperrrichtung (RBSOA) wird mit einem maximalen Ic-Stromimpuls von 600 A bei einer Sperrschichttemperatur von +175 °C und einer Kurzschlussfestigkeit von 4 µs bei 400 V beibehalten. Die Temperaturabhängigkeit des Gate-Widerstands wurde um 50 Prozent reduziert. Dies minimiert die Schaltverluste bei hohen Temperaturen, die Spannungsspitzen bei niedrigen Temperaturen und die Kurzschlussfestigkeit. Die IGBTs sind als Bare-Die erhältlich. Muster der 750-V-Stehspannungsversion mit 300 A sind ab sofort bei Renesas erhältlich. Weitere Versionen sind für die Zukunft geplant.

Schwerpunktthema: E-Mobility

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(Bild: Adobe Stock, Hüthig)

In diesem Themenschwerpunkt „E-Mobility“ dreht sich alles um die Technologien in Elektrofahrzeugen, Hybriden und Ladesäulen: Von Halbleitern über Leistungselektronik bis E-Achse, von Batterie über Sicherheit bis Materialien und Leichtbau sowie Test und Infrastruktur. Hier erfahren Sie mehr.

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