Fraunhofer IZM / Elektromobilität Siliziumkarbid-MOSFETs in Keramiksubstrate einbetten

Embedded silicon carbide on its way to mass manufacturing for e-mobility applications.
Eingebetteter SiC-MOSFET für die Serienproduktion in der Elektromobilität.

Seit vielen Jahren wird an Siliziumkarbid als Material für Leistungshalbleiter geforscht. Allerdings fehlt immer noch die richtige Aufbau- und Verbindungstechnik für die Massenproduktion. Der Weg, den das Fraunhofer IZM geht, ist das Einbetten von SiC-MOSFETs in Keramiksubstrate.

Leistungshalbleiter aus Siliziumkarbid (SiC) erfüllen die Anforderungen, die Elektrofahrzeuge an Platz, Gewicht und Wirkungsgrad stellen, besser als gängige Komponenten aus Silizium. Um Siliziumkarbid auch für die Massenfertigung tauglich zu machen, werden in dem Projekt »SiC Modul« solche Rahmenbedingungen von Anfang an miteinbezogen. Zum Beispiel beruht das Modul der Forscher am Fraunhofer IZM auf einem klassischen Leiterplattenaufbau, wie er in der Industrie bereits etabliert und leicht umsetzbar ist.

Gleichzeitig kommen in dem Modul auch neueste Forschungsergebnisse zum Tragen: Der Halbleiter wird nicht mit einer Drahtbond-Verbindung kontaktiert, sondern direkt über einen galvanisch hergestellten Kupferkontakt in die Schaltung eingebettet, um die Anschlüsse zu verkürzen und die Leistungsführung zu optimieren.

Die Spezifikationen für das Produkt haben die Forscher in enger Zusammenarbeit mit Anwendern aufgestellt und abgestimmt. Die Dimensionierung und elektrische Auslegung der leistungselektronischen Module erfolgte in direkter Zusammenarbeit mit Automobilherstellern, Baugruppenzulieferern und Baugruppenfertigern.

Lars Böttcher, Gruppenleiter am Fraunhofer IZM und Teilprojektleiter für das SiC-Projekt, erklärt: »Uns geht es nicht um eine einfache Machbarkeitsstudie. Unser Ziel ist es, sowohl das neue Halbleitermaterial Siliziumkarbid als auch die Embedding-Technik auf den Weg zur Serienreife zu bringen.«