Integrationsdichte durch Dickschichttechnologie

In vielen kompakten Anwendungen besteht der Bedarf nach hochintegrierten Leistungsmodulen. Diese Module enthalten neben den Leistungshalbleitern auch den notwendigen Brückentreiber, Gatewiderstände, Kondensatoren und die Highside-Versorgung durch Boot-Strap.

Vollintegriertes Dickschicht-Leistungsmodul flowIPM 1B

Bild 5: Vollintegriertes Dickschicht-Leistungsmodul Flow-IPM 1B. Vincotech

Meistens ist auch der eingangsseitige dreiphasige Brückengleichrichter im Modul enthalten. Hierfür notwendige feine Leiterbahnstruktur lassen sich jedoch mit bestehender DCB-Keramiktechnologie kommerziell nicht sinnvoll abbilden. Die Leiterbahnen werden daher mit elektrisch leitfähiger Paste auf die Keramik aufgedruckt und anschließend eingebrannt. Durch diesen Prozess sind feinere Strukturen als mit DCB-Keramiken herstellbar.

Eine kommerziell sinnvolle Grenze für diese Technologie liegt aktuell bei Stromstärken von 15 ­A. Für die Zukunft ist zu erwarten, dass diese Grenze hin zu 25 A verschoben werden kann. Hierdurch lassen sich weitere Anwendungen adressieren, die eine höhere Integrationsdichte fordern. Weiterhin können mit der Dickschichttechnologie auch Widerstände mit enger Toleranz realisiert werden, weshalb lediglich für die Kondensatoren und den Brückentreiber diskrete SMD-Bauteile notwendig sind. Um zu entscheiden welcher Integrationsgrad die geringsten Systemkosten aufweist, ist eine Analyse der gesamten Kostenstruktur der relevanten Bauteile notwendig.

Vergleich der Kosten zwischen flowPIM mit externen Bauteilen und vollintegriertem Leistungsmodul flowIPM für 1,5 kW

Bild 6: Vergleich der Kosten zwischen Flow-IPM mit externen Bauteilen und vollintegriertem Leistungsmodul Flow-IPM für 1,5 kW. Vincotech

Bei dem dargestellten Beispiel eines 1,5-kW-Motorumrichters ist eine Variante ein voll integriertes Flow-IPM-Dickschicht-Modul (Bild 5), die andere ein Flow-IPM-DCB-Keramikmodul, welches nur die Leistungshalbleiter, aber weder Treiberschaltung noch Shunts zur Strommessung enthält. Die Kosten für die zusätzlich notwendigen SMD-Komponenten müssen zu den Modulkosten addiert werden. Zusätzlich müssen auch die Kosten für SMD-Bestückung und die hierfür notwendige Leiterplattenfläche berücksichtigt werden. Der Vergleich zeigt, dass die vollintegrierte Modullösung in diesem Beispiel einen klaren Kostenvorteil bietet (Bild 6).

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