Automotive Power Inverters

Die Entwicklung des kompaktesten Elektroantriebs der Welt steht vor der Herausforderung, die Effizienz des Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBT) im mittleren Leistungsbereich (> 400 V) zu maximieren. Die Optimierung des Schalt- und Durchlassverhaltens erfordert innovative Ansätze, insbesondere bei ultradünnen Feldstopp IGBTs, während gleichzeitig fortschrittliche Assemblierungstechniken berücksichtigt werden müssen.

Die Wissenschaftler des ISIT konzentrieren sich auf die Entwicklung von IGBTs der neuesten Generation, die für 1200 V / 200 A ausgelegt sind und bei 13,5 kHz mit minimalen Schaltverlusten betrieben werden können. Die IGBT-Entwicklung umfasst auch die Herstellung von drei Varianten in verschiedenen Lernzyklen sowie die Modifikation der bestehenden Standard-IGBT-Architektur (STD-IGBT). Innovative Fertigungstechnologien wie die Metallisierung mit electroless Ni/Au und die Verwendung von speziellen Laserprozessen zur Anpassung der Bauelement-Performance sind ebenfalls Teil des Entwicklungsprozesses.

• Implementierung des thermischen Verhaltens des Halbrückenmoduls anhand eines Foster Netzwerks.
• Zulässige Bauelementtemperatur bei Maximalbelastung: TJ,max = 175°C.
• Lebensdauer: Fahrzyklus 8875 s.
• Temperaturhübe: min 2°C, max 60°C.
• Lebensdauerabschätzung (Zyklenzahl bis zum Defekt): Fahrstrecke von 450.000 km.
• Mit Danfoss Bond Buffers 10-15 fach höhere Lebensdauer.
• Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades und der Gesamtperformance dank IGBTs von ISIT/Vishay.
• Chip Layout, Maskensatz und Sonderprozesse.
• Metallisierung der Chip-Vorderseite mit einer electroless Ni/Au-Schicht.
• Anwendung von Trägerverfahren zur Rückseitenbearbeitung von dünnem Silizium (50 µm bis 150 µm).
• Rückseitenprozessierung durch Implantation und Laser-Annealing (λ = 515 nm).
• Metallisierung der Chip-Rückseite mit Ti/Ni/Ag.

Das Projekt ATEM InMOVE demonstriert die Anwendung der entwickelten Technologien in der realen Welt, indem es die Antriebsleistung elektrischer Fahrzeugantriebe auf mehrere kompakte Elektroantriebsmodule aufteilt. Dies führt zu einer skalierbaren elektrischen Antriebsleistung und einer variablen Antriebsarchitektur, die mit denselben Komponenten realisiert werden kann. Die Projektpartner stellen sich der Herausforderung, den elektrischen Antrieb so kompakt wie möglich zu gestalten, einschließlich der schlanken, schnell drehenden Elektromaschine mit integriertem Umrichter.