Neue Generation von Silizium-IGBTs

Kleinere Chips und weniger Verluste

19. September 2022, 10:30 Uhr | Ralf Higgelke

Basierend auf dem AE5-Prozess hat Renesas eine neue Generation von Silizium-IGBTs entwickelt, deren Verluste im Vergleich zu den Produkten der aktuellen Generation um 10 Prozent sinken und deren Chipgröße etwa um 10 Prozent schrumpft.

Geringer Baugröße und niedriger Verlustleistung – das sind die wesentlichen Vorteile der neuen Generation von Silizium-IGBTs von Renesas Electronics. Muster der 750-V/300-A-Version sind ab sofort erhältlich. Weitere Versionen sind für die Zukunft geplant.

Die IGBTs der AE5-Generation, die für die nächste Generation von Wechselrichtern für Elektrofahrzeuge (EVs) bestimmt sind, sollen ab der ersten Hälfte des Jahres 2023 auf den 200- und 300-mm-Waferlinien in der eigenen Fabrik in Naka (Japan) in Serie produziert werden. Darüber hinaus wird das Unternehmen ab der ersten Hälfte des Jahres 2024 die Produktion in seiner neuen 300-mm-Waferfabrik in Kofu (Japan) hochfahren, um die wachsende Nachfrage nach Leistungshalbleitern zu bedienen.

Mit dem AE5-Prozess für IGBTs lassen sich die Leistungsverluste im Vergleich zu den AE4-Produkten der aktuellen Generation um 10 Prozent reduzieren. Dadurch können Entwickler von Elektrofahrzeugen Batterieleistung einsparen oder die Reichweite erhöhen. Zudem sind die neuen Bausteine laut Hersteller bei gleichbleibend hoher Robustheit etwa 10 Prozent kleiner. Da die Parameter zwischen den einzelnen IGBT-Produkten weniger schwanken sollen, dürfte sich die Leistung und Sicherheit beim Einsatz von IGBT-Modulen erheblich verbessern und somit eine hohe Stabilität beim Parallelbetrieb von viele Chips sicherstellen. Diese Eigenschaften bieten eine höhere Flexibilität bei der Entwicklung baugrößenoptimierter Wechselrichter, die eine höhere Leistung erzielen.

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Hauptmerkmale der IGBT-Generation AE5
Vier Produkte für Wechselrichter mit 400 bis 800 V Batteriespannung: 750-V-IGBTs mit 220 und 300 A sowie 1200-V-IGBTs mit 150 und 200 A.
Konstante Leistung über den gesamten Sperrschichttemperaturbereich T_j von –40 °C bis +175°C.
Sättigungsspannung U_CE,sat von 1,3 V, um die Verlustleistung zu minimieren.
10 Prozent höhere Stromdichte von 300 A auf 100 mm² im Vergleich zu herkömmlichen Produkten.
Stabiler Parallelbetrieb durch Reduzierung der Parameterschwankungen bei U_GE(off) auf ±0,5 V.
Beibehaltung des sicheren Betriebsbereichs in Sperrrichtung (RBSOA) mit einem maximalen I_C-Stromimpuls von 600 A bei einer Sperrschichttemperatur von +175 °C und einer Kurzschlussfestigkeit von 4 µs bei 400 V.
50-prozentige Reduzierung der Temperaturabhängigkeit des Gate-Widerstands R_G. Dies minimiert die Schaltverluste bei hohen Temperaturen, die Spannungsspitzen bei niedrigen Temperaturen und die Kurzschlussfestigkeit, was Hochleistungsdesigns ermöglicht.
Erhältlich als Bare-Die (Wafer)
Verbessert den Wirkungsgrad um bis zu 6 Prozent im Vergleich zum aktuellen AE4-Prozess bei gleicher Stromdichte, sodass Elektrofahrzeuge längere Strecken zurücklegen können und/oder weniger Batteriekapazität benötigen.

Entwicklungsunterstützung

Zur Entwicklungsunterstützung stellt Renesas die xEV Inverter Reference Solution bereit, ein Referenzdesign, das einen IGBT, einen Mikrocontroller, ein Power-Management-IC (PMIC), ein Gate-Treiber-IC und eine Fast-Recovery-Diode (FRD) kombiniert. Außerdem bietet das Unternehmen auch das xEV Inverter Kit an, das eine Hardware-Implementierung des Referenzdesigns umfasst. Darüber hinaus stellt Renesas ein Tool zur Kalibrierung der Motorparameter sowie das xEV Inverter Application Model and Software zur Verfügung, das ein Anwendungsmodell und eine Beispielsoftware zur Ansteuerung des Motors umfasst.

Diese Tools und Support-Programme sollen Kunden dabei helfen, ihre Software-Entwicklung zu vereinfachen. Renesas plant, diese Entwicklungskits um die IGBTs der neuen Generation zu erweitern.

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