Aus neuartigen Technologien sind einsetzbare Produkte geworden Um SiC und GaN wächst ein leistungsstarkes Ökosystem

Lange Jahre verbanden Entwickler mit SiC und GaN die Attribute exotisch, teuer, nicht einfach einsetzbar. Das hat sich geändert. Mit dem Ziel, eine reibungslos funktionierende Lieferkette für die neuen Lösungen zu finden, sind interessante Kooperationen und ein leistungsfähiges Ökosystem entstanden.

Neue Technologien sind immer eine feine Sache, noch besser aber ist es, wenn sich das Neue und zumeist auch Bessere ohne allzu große Umstände in den normalen Entwicklungs- und Design-Prozess integrieren lässt. Für die Mehrzahl der Entwicklungen im Stromversorgungs- oder Antriebsbereich fielen Wide-Band-Gap-Materialien wie SiC oder GaN bislang unter die Kategorie: theoretisch nett, aber in meiner Applikation nicht einsetzbar weil nicht Drop-in-Replacement-fähig. Gut, SiC-Dioden gehören seit einigen Jahren zum Standard, aber SiC-JEFTs, -MOSFETs oder gar GaN-Leistungshalbleiter?  

Wer die Entwicklung im Bereich der Leistungshalbleiter-Technik verfolgt, dem fällt nicht nur auf, dass speziell im GaN-Sektor immer mehr Kooperationen entstehen, sondern dass sich um SiC-MOSFETs und GaN-Leistungshalbleiter zunehmend ein Ökosystem bildet, das den Easy-to-Use-Ansatz verfolgt und dem Entwickler den Einsatz der neuen, performancestarken Leistungshalbleiter-Technologien erleichtern soll. Auf diese Weise werden aus Technologien Prozesse, die schließlich ihren Weg in zahlreiche unterschiedliche Anwendungen finden, oder im Idealfall sogar völlig neue Applikationsmöglichkeiten für diese Art von Leistungshalbleitern erschließen. Aktuelle Beispiele für diese Entwicklung sind etwa der erste Standard-Gate-Treiber für SiC-MOSFETs und GaN-Leistungshalbleiter, den Analog Devices im Mai auf der PCIM Europe 2015 in Nürnberg vorgestellt hat.

Ähnliche Produkte gibt es inzwischen auch von Rohm Semiconductor und Infineon Technologies, auch wenn es sich in diesen beiden Fällen vorerst nur um Treiber handelt, die dem Entwickler den Umgang mit SiC-MOSFETs erleichtern. Doch beide Unternehmen kündigen bereits für die nächste Generation dieser Treiber Versionen an, die auch die Ansteuerung von GaN-Leistungshalbleitern in Zukunft zum Kinderspiel machen sollen. Ende dieses, spätestens Anfang nächsten Jahres dürfte es so weit sein.

»GaN ist inzwischen am Markt angekommen«, versichert Girvan Patterson, Mitgründer und President von GaN Systems, »die Bauteile bieten Leistungen, die industriellen Anforderungen genügen. Sie kommen inzwischen vom ultraflachen Fernseher bis zum Solarwechselrichter zum Einsatz«. Mit dem 60-A-Baustein GS65516T hat das kanadische Startup Unternehmen vor kurzem einen Stromrekord in einem nur 9 x 7,6 x 0,45 mm großen GaNPX-Gehäuse aufgestellt. Wie wichtig gerade induktivitätsarme Gehäusetypen für den Markterfolg der GaN-Leistungshalbleiter sein werden, haben auf einer Diskussionsveranstaltung der Markt&Technik vor kurzem Bernhard Erdl, Gründer von Puls, und Hermann Püthe, geschäftsführender Gesellschafter von inpotron Schaltnetzteile, herausgestellt: »GaN-Leistungshalbleiter sind ein ideales Bauteil für Stromversorgungs-Entwickler, aber die Hersteller müssen diese Bauteile auch in Gehäusen anbieten, die wir verarbeiten können!«

Ein GaN-Leistungshalbleiter in einem TO247-Gehäuse ist dafür sicherlich nicht die richtige Lösung, gehen doch im ungünstigsten Fall 50 Prozent der Vorteile, die dieser Leistungshalbleiter bietet, durch auftretende Induktivitätsverluste verloren – ein Sachverhalt, den neben Patterson auch Dixie Dunn, Vice President Foundry Transfer and New Product Introduction bei Transphorm, nicht leugnet: »Aus diesem Grund haben wir uns auch bemüht, möglichst schnell SMD-Packages auf den Markt zu bringen.«

Ein Ziel, das auch Panasonic klar im Visier hat. Das Unternehmen gilt als Pionier auf dem Gebiet der selbstsperrenden GaN-on-Silicon-Technologie. Der Panasonic-Prozess zeichnet sich durch eine einfach Konfiguration und eine leicht zu regelnde Dynamik aus. Aktuell stehen 600-V-Versionen zur Verfügung. Francois Perraud, Technical Marketing & Product Manager Semiconductor im Product Marketing Department der Industrial Sales Division von Panasonic Automotive & Industrial Systems Europe, versichert: »Wir werden wir in Zukunft auch 200-V-Versionen anbieten und in zwei, drei Jahren 750-V-Ausführungen für den Automotive-Markt ins Visier nehmen.« Aktuell hat das Unternehmen aber erst mal den wohl leistungsstärksten GaN-Leistungshalbleiter im 8 x 8 mm großen DFN-Gehäuse auf den Markt gebracht. Angeboten werden vorerst 10- und 15-A-Typen (PGA26E19BV und PGA26E08BV). In Zukunft soll noch eine 30-A-Ausführung hinzukommen. Doch Panasonic belässt es nicht nur bei der Entwicklung neuer SMD-GaN-Leistungshalbleiter. Im März hat das Unternehmen Infineon Technologies eine nicht exklusive Lizenz für seine selbstsperrende GaN-on-Silicon-Technologie gegeben. Gleichzeitig haben beide Unternehmen eine Vereinbarung zur gemeinsamen Entwicklung von GaN-Leistungshalbleitern unterzeichnet, die in ein oberflächenmontierbares SMD-Gehäuse (DSO) von Infineon integriert werden sollen. »Wir verfügen über eine marktreife selbstsperrende 600-V-GaN-on-Silicon-Technologie, Infineon ist der Marktführer im Bereich Power Devices«, begründet Perraud die Kooperation, »durch unsere Zusammenarbeit werden wir die Akzeptanz für GaN-Leistungshalbleiter am Markt noch einmal deutlich erhöhen«.

Ähnlich sieht Andreas Urschitz, Leiter des Geschäftsbereichs Power Management & Multimarket von Infineon, die Vorteile der Zusammenarbeit mit Panasonic: »Mit dem selbstsperrenden GaN-on-Silicon-Schalter in Verbindung mit dem dazugehörigen Treiber und einer optimierten Ansteuerschaltung können wir unseren Kunden einen hohen Mehrwert liefern. Unser Dual-Sourcing-Konzept hilft unseren Kunden dabei noch zusätzlich.« Einen ähnlichen Ansatz wie Panasonic und Infineon verfolgen bereits seit Ende letzten Jahres On Semiconductor und Transphorm. Bereits im März dieses Jahres stellten sie die beiden ersten, co-gebrandeten 600-V-GaN-Leistungshalbleiter vor. Es handelt sich dabei aus Transphorm-Sicht um die Modelle TPH3202PS (On Semi: NTP8G202N) mit 290 mOhm und den TPH3206PS (On Semi: NTP8G206N) mit 150 mOhm. Wie Transphorm-Manager Dunn unter anderem auf der PCIM Europe 2015 versicherte, »werden in den nächsten Monaten weitere gemeinsame Modelle folgen«.

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