IGBT-Module in rauen Umgebungen Bis zu 20 Jahre Lebensdauer durch erweiterten H2S-Schutz

Gerade in der Papier- und Chemieindustrie sollen die neuen IGBTs die Einflüsse von H2S eliminieren.
Gerade in der Papier- und Chemieindustrie sollen die neuen IGBTs die Einflüsse von Schwefelwasserstoff eliminieren.

In rauen Umgebungen muss Leistungselektronik robust sein, einen großen Einfluss auf die Langlebigkeit hat etwa Schwefelwasserstoff (H2S). Infineons neues Econo-Portfolio bietet Schutz in aggressiven Umgebungen, wie z.B. in der Papier-, Abwasser- und Gummiindustrie, im Bergbau und in der Petrochemie.

Unter den korrosiven Verunreinigungen ist H2S die kritischste für Leistungshalbleiter. Denn im Betriebsmodus werden IGBT-Module in der Regel auf hohe Temperaturniveaus erhitzt. Dies löst zusammen mit der angelegten Spannung und der H2S-Verunreinigung das Wachstum von kristallinem Kupfersulfid (Cu2S) aus. Diese leitenden Strukturen wachsen in den Gräben zwischen den Leiterbahnen auf den Keramiksubstraten und verursachen im schlimmsten Fall einen Kurzschluss. Der vorzeitige Ausfall von IGBT-Modulen wiederum kann die Lebensdauer eines Wechselrichters erheblich verkürzen.

Um einen vorzeitigen Ausfall von IGBT-Modulen in rauen Umgebungen zu verhindern, hat Infineon das Econo-Portfolio mit einem Schutz entwickelt. Der erweiterte H2S-Schutz von Infineon blockiert den in das Modul eindringenden Schwefelwasserstoff, bevor er empfindliche Bereiche erreicht. EconoPack-Module mit einem Trenchstop-IGBT4-Chipsatz sind die ersten IGBTs der neuen Reihe.

Alle elektrischen, thermischen und mechanischen Parameter des Moduls bleiben dabei unverändert und behalten die gleichen Eigenschaften wie die Standardmodule. Mit dem Schutz kann die Lebensdauer von Systemen in rauen Umgebungsbedingungen verlängert werden. Zur Bestätigung hat Infineon einen eigenen HV-H2S-Test entwickelt, mit dem IGBT-Module für den Betrieb unter Bedingungen in Anlehnung an die Norm ISA 71.04-2013 qualifiziert werden. Diese Norm definiert vier Schweregrade für Kontaminationseffekte von "mild (G1)" bis "schwer (GX)". Der Test von Infineon deckt ein breites Spektrum industrieller Anwendungen ab und bietet einen quantitativen Ansatz zur Bewertung der Zuverlässigkeit von IGBT-Modulen.

IGBT-Module mit dem neuen H2S-Schutz zeigen unter den definierten HV-H2S-Testbedingungen kein Dendritenwachstum. Deshalb lässt sich mit der Obergrenze des Schweregrades "hart (G3)" (≤ 2000 Å / 50 ppb) nach ISA 71.04 eine Lebensdauer von 20 Jahren erwarten. Das EconoPack mit der erweiterten H2S-Schutzfunktion ersetzt einfach das Standard-Modul, es ist also keine zeit- und kostenintensive Änderung des Design notwendig. Darüber hinaus können Anwender von Wechselrichtersystemen auf erweiterte Schutzmaßnahmen wie zusätzliche Raumbelüftung, Temperatur- und Feuchteregelung im Bereich der Installation oder auch einen hermetischen Schrank für den Wechselrichter verzichten.