Diversifikation beim Moduldesign

Bild 3: Die EV/HEV-Industrie sorgt für neue Trends bei der Kühlung von Modulen, vom der doppelseitigen Kühlung, über die Integration von Leistungselektronik und Kühlsystem bis hin zu gekühlten Grundplatten mit Stiftkühlern.

Bild 3: Die EV/HEV-Industrie sorgt für neue Trends bei der Kühlung von Modulen, vom der doppelseitigen Kühlung, über die Integration von Leistungselektronik und Kühlsystem bis hin zu gekühlten Grundplatten mit Stiftkühlern. Yole

Auf der Stufe der Leistungsmodule wurde in den letzten paar Jahren eine Diversifikation im Moduldesign wahrgenommen. Die Veränderung von den klassischen Verkleidungstechnologien mit einem Kunststoffgehäuse, Silikongelverguss und einem Keramikträger zu kompakteren transfergeformten Epoxidmodulen mit organischer Isolierung war für die Antriebsumrichter-IGBT-Module ein großer Schritt. Der transfergeformte Epoxidverguss wurde verbessert, um die Zuverlässigkeitsanforderungen im Fahrzeug zu erfüllen. Er bietet aktuell im Vergleich zu Silikongel eine höhere thermische Leitfähigkeit und ist preiswerter. Vor allem aber ermöglicht der transfergeformte Epoxidverguss kompaktere und flexiblere Designs, um die Leistungsmodule besser zu integrieren. Dadurch haben sich in der EV/HEV-Industrie doppelseitige Kühlmodule durchgesetzt.

Von den ersten doppelseitigen Kühlmodulen bei Lexus-Fahrzeugen bis zur bekannten vierten Generation der im Toyota Prius verbauten Powercards wurde ein Weg in Richtung der Integration von Leistungselektronik und Kühlsystem sowie ein optimiertes thermisches Leitsystem geschaffen. Unternehmen wie Bosch, Infineon oder Dynex/CRRC folgen dieser Richtung und haben ihre eigenen doppelseitigen Kühlmodule kommerzialisiert. Eine weitere Besonderheit der Automobilindustrie sind aber die direkt gekühlten Grundplatten mit ihrer Stiftkühltechnologie, die bei anderen Anwendungen selten zu sehen sind. Diese zwei Technologielösungen werden in der EV/HEV-Industrie in der nächsten Generation von Elektroautos koexistieren (Bild 3).

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Entwicklung organischer Isolatorfolien, wodurch die Verwendung weit teurerer und starrer Keramikträger vermieden wird. Selbst wenn die Isolationsschicht niedrigere thermische Leitfähigkeit zeigt (bis zu 10 W/mK, während Al2O3 24 W/mK und Si3N4 bis zu 90 W/mK hat), kann die Designflexibilität mit dickeren Kupferschichten auf Ober- und Unterseite (IMS-Typ-Struktur) die thermischen Wege für jede Sonderfertigung optimieren. Japanische Unternehmen wie Sanyu REC und Nagase Chemtex bieten aktuell die fortschrittlichsten organischen Filme mit der Entwicklung von Folien, die 12 bis 15 W/mK erreichen. Diese neuen Unternehmen werden den Keramikträgerlieferanten perspektivisch gefährlich, weshalb diese mit besser anpassten Keramiklösungen kontern, wie beispielsweise Mitsubishi Electric mit integrierter Keramik und Grundplatte.

 

Wie setzten sich SiC und GaN am Leistungselektronik-Markt durch? Antworten darauf gibt der Beitrag auf der nächsten Seite.

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