Von der Prüfmethode zum gewerblichen Produkt

Die Entwicklung einer allgemein anerkannten Prüfmethode für die Leistung von SiC-Halbleitern in Anwendungen mit hoher Luftfeuchtigkeit und unter Hochspannung war wesentlich für die kommerzielle Akzeptanz von SiC in Anwendungen im Außenbereich. Es bedurfte mehrerer Jahre Forschung und der 30-jährigen Erfahrung von Wolfspeed bei der Entwicklung von SiC-Halbleitern, um eine Baureihe für diesen Zweck aufbereiteter SiC-Dioden und MOSFETs herzustellen, die dann auch den THB-80-Test bestanden. Auch über den Solaranwendungsbereich hinaus haben diese Bauteile sehr gute Leistungen gezeigt, insbesondere für den Einsatz bei Elektrofahrzeugen.

Eck-Daten

Widrige Umgebungsbedingungen, vor allem Feuchtigkeit, stellen ein großes Problem für Entwickler von Solarwechselrichtern dar. Um die Systeme klein und effizient zu gestalten, bieten sich SiC-Bauelemente an. Jedoch existierte bis vor kurzem noch kein Testaufbau, der diese Bauelemente auch unter wirklich reellen Bedingungen auf ihre Langzeithaltbarkeit unter Einfluss hoher Temperaturen und Feuchtigkeit hin untersucht. Besonders um das Vertrauen der Branche darin zu stärken, dass SiC-Bauelemente durchaus für den Einsatz unter widrigen Umweltbedingungen geeignet sind, wurde der THB-80-Test entwickelt, bei dem die Vorspannung auf 80 % der Durchbruchspannung beim Test erhöht wird. Wolfspeed gibt einen Einblick in die Entwicklung des Testaufbaus und zeigt, wie die eigens für Solar- und E-Fahrzeug-Anwendungen entwickelte E-Series an MOSFETs und Dioden deren hohen Ansprüchen entsprechen kann.

Mit diesem Wissen gewappnet hat Wolfspeed ein ganzes Halbleitersortiment entworfen, das den gesamten Bereich der gewerblich genutzten Spannungsgrößen abdeckt. Die Familie dieser besonders resistenten SiC-MOSFETs und Dioden der Wolfspeed-E-Series ist die erste kommerziell erhältliche Baureihe von Leistungshalbleitern, die AEC-Q101-qualifiziert und PPAP-fähig sind und den THB-80 Test für Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit bestehen. Die Bezeichnung „E-Series“ wurde gewählt, da das „E“ die verbesserten (englisch „enhanced“) Merkmale dieser Bauteile wiedergibt und die Fähigkeit, extremen Umgebungen standzuhalten. Der Hauptvorteil dieser Halbleiter besteht darin, dass sie ansonsten dieselben Systemeigenschaften der Wolfspeed-Vorgänger aufweisen, wodurch sich die Produkte der E-Series problemlos als Austauschbauteile für bestehende Systeme eignen.

Vertrauen in SiC stärken

Der natürliche Abschluss dieses mehrjährigen Projekts bestand darin, die Produkte der E-Series unter Verwendung des aggressiveren THB-80 Test zu prüfen. Dieser wurde schließlich zu dem Zwecke entwickelt, das Vertrauen der Branche darin zu bestärken, dass SiC-Halbleiter langlebig genug sind um eine konsistente Leistung in Hochspannungsanwendungen auch in hoher Luftfeuchtigkeit zu bieten. Schließlich könnten schon kleinere physikalische Beeinträchtigungen der Bauteile zu einer signifikanten Leistungsverringerung führen oder sogar zum vollständigen Ausfall des Bauteils.

Die Idee resistenter Bauteile ist sehr einfach: Die Leistung muss verlässlich stabil bleiben, auch beim Einsatz im Außenbereich. Zum Zeitpunkt des Verfassens dieses Artikels sind die Produkte der E-Series die einzigen gewerblich verfügbaren SiC-Leistungshalbleiter, die die strengen AEC-Q101-Standards und PPAP-Anforderungen der Automobilindustrie einhalten und gleichzeitig den THB-80 Test für hohe Luftfeuchtigkeit bestehen. Diese Widerstandsfähigkeit, kombiniert mit der höheren Effizienz von SiC, ist ein Durchbruch für die Solartechnik, für die gesamte Branche erneuerbarer Energien, und natürlich auch im Automobilsektor und anderen Bereichen.

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