Leistungshalbleiter-Bausteine Verringern die Verluste in Frequenzumrichtern

Freilaufdioden für IGBTs tragen bei Vishay die Serienbezeichnung FRED-Pt-GEN2.
Freilaufdioden für IGBTs tragen bei Vishay die Serienbezeichnung FRED-Pt-GEN2.

Vishay erweitert sein breites Produktangebot u.a. mit einer neuen Serie von Field-Stop und Punch-Through Trench IGBTs, die ausschließlich als Die (ungehäuste Bauteile) verfügbar sind bzw. Anwendung in der eigenen Modulfertigung finden.

Im Halbleiterbereich erlauben neue Epitaxie-Prozesse immer kleinere und genauer strukturierte Elemente, was die Gleichspannungsverluste senkt und damit die Energieeffizienz erhöht. Dünne HL-Wafer (<70 µm) verbessern die Wärmeleitfähigkeit und erhöhen die Leistungsdichte pro Quadratmillimeter. Größere Wafer (200 mm) machen die Komponenten und Prozesse zudem bezahlbar für den Anwender. In diesem Zusammenhang rücken die IGBT-Leistungshalbleiter in den Fokus.

Einer Prognose von Yole Development zufolge soll der Markt für IGBTs von aktuell etwa 4 Mrd. Dollar auf 6 Mrd. Dollar in 2018 anwachsen, und wird vor allem durch die massive Zunahme von Umrichtern aller Art bestimmt.

Diesen Markt adressiert Vishay mit einer neuen Serie von Field-Stop- und Punch-Through-Trench-IGBTs, die ausschließlich als Die (ungehäuste Bauteile) verfügbar sind bzw. Anwendung in der eigenen Modulfertigung findet. Diese IGBT-Typen tragen die Bezeichnungen VSGC200A060LB und VSGC200C060TB; sie beruhen auf der zuverlässigen Trench-MOS-Technologie und erlauben eine maximale Stromdichte per Zelle.

Durch spezielle Elektronenstrahl- und Laserbehandlung der Wafer kann der Halbleiterhersteller die Eigenschaften der IGBT hinsichtlich Sättigungsspannung (Ucesat) und Ausschaltverlustenergie (Eoff) an die jeweilige Anwendung (beispielsweise für Motorsteuerungen) anpassen. Vishay fokussiert sich dabei auf 600/650-V-IGBTs in den Klassen L (Low Speed, high efficiency) sowie T (Standard Speed) und produziert diese in Dünnwafertechnologie.

Zur Effizienzsteigerung von Umrichtern sind zudem auch bei den Freilaufdioden für die IGBTs entsprechende Verbesserungen notwendig. Hier sind die FRED-Pt-GEN2-Bauteile des Halbleiterherstellers eine gute Ergänzung (siehe Bild); sie kommen vorrangig bei Halbleitermodulen für Umrichter-Applikationen zum Einsatz. Die neueste Generation namens FRED Pt GEN4 adressiert sowohl die Anforderungen hinsichtlich geringem Nennstrom (Uf) und Abschaltladung (Qrr) als auch in Bezug auf weiches Schaltverhalten, geringe Schaltverluste und niedrige Rückstromwerte (Irrm).

Nachdem diese Eigenschaften auch das EMI-Verhalten verbessern und die Effizienz steigern, leisten sie ihren Beitrag zur Umsetzung der ErP-Verordnung zur Erreichung der Energieeffizienzklassen IE3 und IE4 – zum Beispiel bei Motorumrichtern.