IGBTs

© Fraunhofer ISIT / photocompany, Itzehoe

Der Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) ist das wichtigste Halbleiter-Leistungsbauelement für Anwendungen im mittleren Leistungsbereich für Spannungen > 400 V. Um seine Effizienz bzgl. Schalt- und Durchlassverhalten zu verbessern, konzentriert sich das ISIT auf die Entwicklung von ultradünnen Feldstopp IGBTs. Ein weiterer Aspekt ist die Anpassung an fortschrittliche Assemblierungstechniken.

Der kompakteste Elektroantrieb der Welt#

Unser Leuchtturmprojekt zu diesem Thema ist ATEM InMOVE - ein Verbundprojekt der verschiedenen Partner aus Wissenschaft und Industrie. Im Rahmen des Projekts erforschten die beteiligten Firmen Technologien zu einem Antriebskonzept für modular verteilte Elektroantriebe hoher Drehzahl und damit seitens der E-Maschine hoher Leistungsdichte.

Spezifikation des IGBT

Parameter Zielwert Layout
Temperatur     25°C 125°C 150°C 175°C  
Spannung
[V] 1200          
NennstromInom [A] 200          
Frequenz f [kHz] 13,5 Modul-Grobspezifikation  
VCEsat (Trade-Off Rg = 1 Ω) abhängig [V]   1,95 2,2 2,24 x IE-IGBT
Vorwiderstand RG Ω 1          
Mechanische-Abmessungen:
Chip-Abmessungen [mm2] 15,92 x 12,01    
Gate-Pad Position   Rand-Mitte          
Chip-Fläche (ohne Gate) (PAD) [mm2] 153          
Chip-Dicke [µm] 120-140          
1) Verlustleistung: aus Datenblatt Referenzmodul, internal Rg = 4,7, RGoff = 0,91 Ω, 30 nH, 25°C)
Eon (1200 V, 200 A) [mJ]   10,5 1)
       
Eof (1200 V, 200 A) [mJ]   11 1)        
Etot = Eon + Eoff [mJ]   21,5 1)        
Kurzschlusszeit, tsc     mit IE: 7,5 µs (150°C, 800V) ohne IE: max 7 µs (25°, 900 v)        
Metallisierungsaufbau              
Vorderseite [µm] tbd. Sinterfähig: Ni-Au oder Ni-Pd-Au elektroless        
Rückseite [µm]   Ti 50 / Ni 100 / Ag 1000        
Technische Details zu den Modulaufbauten

Technologie STD IEP5 IEP5 IEP4
Modulaufbau

Lead-Frame

5 µm Pitch offenes Modul

Lead-Frame

5 µm Pitch offenes Modul

"Moldmodul"

5 µm  

"Moldmodul"

4 µm

1. Modulserie (Mod1) 2. Modulserie (Mod2)
3. Modulserie (Mod3)
4. Modulserie (Mod4)
Aufbautechnik, Vorderseite Alu Drahtbond auf N/Au bzw. Al Alu Drahtbond auf Ni/Au bzw. Al DBB auf Ni/Au Cu Drahtbond auf DBB DBB auf Ni/Au Cu Drahtbond auf DBB
Aufbautechnik, Rückseite Ti/Ni/Ag +Sintern auf DCB Ti/Ni/ag + Sintern auf DCB Ti/Ni/Ag + Sintern auf DCB Ti/Ni/Ag + Sintern auf DCB
IGBT STD 1. Generation IEPS 2. Generation IEPS 3. Generation
IEP4 5. Generation
Rg, IGBT_intern 0,7 Ω 0,7 Ω 0,7 Ω 0,7 Ω
Metall: Emitter
Ni/Au Ni/Au Ni/Au Ni/Au
Metall: Kollektor Ti/Ni/Ag
Ti/Ni/Ag Ti/Ni/Ag Ti/Ni/Ag
Diode: Metall: Anode SMIKORN, SKCD_81_C_120_I4F
Al Al Ni/Au Ni/Au
Metall: Kathode lötbar, Ni/Ag lötbar, Ni/Ag lötbar, Ni/Ag lötbar, Ni/Ag

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