Forschungsschwerpunkt

Das übergeordnete Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines modular, in Elektromotoren von Umwälzpumpen zu integrierenden, Frequenzumrichters mit signifikant reduziertem Volumen und Gewicht, gesteigerter Effizienz sowie der Reduzierung elektromagnetischer Störungen.

Der Lösungsansatz zur Miniaturisierung liegt in der hochkompakten Einbettung und galvanischen Ankontaktierung von 1200 V SiC Leistungshalbleitern direkt innerhalb der Leiterplattenstrukturen. In dem Projekt wurde ein neuer Weg beschritten, der die Fertigung eines Embedded-Moduls allein mit den vorhandenen Mitteln einer Leiterplattenfertigung möglich macht. Die Grundidee ist die Verwendung von "vor-eingebetteten" Komponenten (Pre-packages), die in einem separaten Schritt gefertigt werden. Die so entstehenden Module bieten über die Wärmespreizung eine deutliche Entwärmung für jeden einzelnen eingebetteten Halbleiterchip. Die Isolation zum Kühlerkörper wird mit einem IMS Substrat erreicht, welches als Aufbaubasis des Leiterplattenstacks dient. Darüber hinaus können ein lokaler Zwischenkreis und Dämpfungswiderstände bereits im Modul umgesetzt werden.

Diese Leistungsmodule weisen eine sehr geringe Streuinduktivität und damit ein optimales Schalt- und EMV-Verhalten auf. Der Zwischenkreiskondensator wird mit planaren Bus-Bar Strukturen niederinduktiv mit dem Leistungsmodul verbunden.

Die so hergestellten Module wurden erfolgreich bis 55 A und 950 V evaluiert und übertreffen die Anwendungsanforderungen deutlich. Die Schaltüberspannung wurde durch den eingebetteten und extrem niederinduktiven Aufbau der Schaltzelle auf lediglich 4 % der Nennspannung limitiert. Da konventionell gebondete Leistungsmodule sich im Bereich von 20-30 % bewegen, erlaubt dieser neuartige Ansatz eine deutlich bessere Ausnutzung der SiC-Halbleiter, da weniger Spannungsreserve vorgehalten werden muss oder mit einer höheren Zwischenkreisspannung gearbeitet werden kann.