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Leistungshalbleiter für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

Das optimale Chipgehäuse einsetzen

4. November 2014, 15:47 Uhr | Benjamin Jackson

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Nicht nur das Silizium zählt

Die Kosten, die Zuverlässigkeit sowie die elektrische und thermische Leistung sind direkte Bereiche, auf die sich das Gehäuse auswirkt. Allerdings wird auch ein weiterer Kennwert des Gehäuses immer wichtiger – der Formfaktor. Da die Automobilhersteller die Anforderungen an die Leistung, den Wirkungsgrad, die Skalierbarkeit und Zuverlässigkeit nach oben treiben, müssen gleichzeitig Kosten, Gewicht, Abmessungen und Induktivität sinken. Mehr und mehr spielt die Möglichkeit eine Rolle, Leistungselektronik in die Motoren und Kühlbaugruppen zu integrieren. Herkömmliche Leistungsmodule bieten nur wenig Spielraum für eine enge mechatronische Integration. Kundenspezifische Leistungsmodule können schnell kostenintensiv und unflexibel werden, wenn eine solche Lösung gewählt wird. Diskrete Bauelemente wurden ebenfalls für den Einsatz bei solchen Leistungspegeln als zu schwierig erachtet, oder verfügbare Lösungen waren nicht in der Lage, ausreichend Leistung zu verarbeiten. Die Skepsis gegenüber einem diskreten Lösungsansatz für den Hauptwechselrichter weicht immer mehr, da die Notwendigkeit eines höheren Integrationsgrades elektronischer und mechanischer Komponenten zunimmt.

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Eine derartige Lösung, die sich bereits in der Massenfertigung befindet, ist das Super-TO-247-Gehäuse. Der Baustein AUIRGPS4067D1, in dem ein 120-A-IGBT samt Diode untergebracht ist, ermöglicht eine skalierbare Lösung, die typischerweise die Leistungspegel von Hauptwechselrichtern im Bereich 40 bis 80 kW abdeckt. Dieses Gehäuse (Bild 3) überzeugt im Vergleich zum herkömmlichen TO-247 mit verschiedenen Merkmalen: So verfügt es über einen Clip, mit dem das Teil auf dem Kühlkörper befestigt wird; das im Standard-TO-247 vorhandene Schraubenloch kann entfallen, so dass sich der größtmögliche Chip unterbringen lässt. Um der hohen Strombelastbarkeit des Siliziums zu entsprechen, weisen speziell abgeschrägte Anschlüsse verglichen mit einem Standard-TO-247 eine um 30 Prozent höhere Querschnittsfläche auf, wodurch ihre Strombelastbarkeit erhöht wird. Dadurch kann das Bauteil kühler arbeiten. Nuten im Gehäuse zwischen den Anschlüssen erhöhen den Kriechabstand. Schließlich wird das nach AEC-Q101 qualifizierte Teil einem rauen Endtestprogramm unterzogen, das auch Square RBSOA sowie 100 Prozent geklemmte induktive Lasttests umfasst.