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Standardisierte Subsystem-Bausteine optimieren HEV-Gesamtsystem

Leistungselektronikkonzept für Hybrid-Elektrofahrzeuge

10. August 2012, 9:01 Uhr | Steffi Eckardt

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Die Wafer-Dicke verschlanken

Die Lösung von IR besteht aus zwei Ansätzen: Zum einen lassen sich die IGBTs und Dioden auf Basis einer standardisierten und damit kosteneffizienten Prozess- und Anlagentechnologie herstellen. Das sorgt für leistungsfähige und robuste Hochspannungsbausteine – und zwar ohne dass die Produktionskosten steigen. Diese Automotive-Leistungshalbleiter werden als COOLiRIGBT und COOLiRDiode bezeichnet.
Zum anderen definierte IR standardisierte Baugruppen für HEV-Subsysteme, um die Siliziumlösungen in großen Applikationen, wie Wechselrichtern von Elektromotoren oder DC/DC-Wandlern, zu nutzen. Eine moderne Gehäuseplattform ohne Bonddrähte ermöglicht die Halbleitermontage ohne die sonst üblichen Drahtverbindungen. Darüber hinaus sorgt sie für die optimale Kühlung der Leistungskomponenten von beiden Seiten, wodurch sich der thermische Wirkungsgrad um 30 bis 40 Prozent verbessert. Die Gehäuseplattform wird unter dem Namen COOLiR2 eingeführt, wobei die 2 für die doppelseitige Kühlmöglichkeit des Leistungsgehäuses steht.
Wie in einem auf der ISPSD 2011 gehaltenen Referat [1] angekündigt, hat IR seine Entwicklungsanstrengungen auf eine Spitzen-Schaltleistung leistungsstarker Chips konzentriert. Diese sollen mehr als 300 A auf einem einzigen Stück Silizium in Ultra-Thin-Wafer-Technologie aushalten können, um auf diese Weise für minimale Verluste in den Strompfaden zu sorgen. Außerdem wurden die Bausteine mit einer lötbaren Front-Metallisierung (SFM) versehen, ohne dass Verbiegungen oder ein Verziehen des Wafers auftreten, was normalerweise zu den Hauptproblemen der modernen Halbleiterbranche zählt. In der Regel sind eine hochentwickelte Wafer-Verarbeitung sowie teure Anlagen erforderlich, damit sich die dünnen Wafer mit einer Dicke von unter 70 µm bei der Verarbeitung nicht verziehen. Das Entwicklungsteam des Herstellers für den Bereich Kraftfahrzeug-Leistungsschalter entwickelte einen Wafer-Prozess für dünne IGBTs, die ohne derartige nicht-standardmäßige Anlagen auskommen. So lassen sich die vorhandenen Fertigungslinien zur Verarbeitung dünner Leistungsbausteine mit lötbarer Frontmetallisierung einsetzen.