Integriertes SiC-Leistungsmodul auf keramischem Kühlkörper
In Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie (IISB) in Erlangen haben wir innovative Kühllösungen für die Leistungselektronik eines Antriebsumrichters entwickelt.
Unser SiC-Leistungsmodul mit fortschrittlichem AlN-Keramikkühler wird vor allem dann eingesetzt, wenn eine geringe thermische Impedanz, eine hohe Induktivität und eine hohe Leistungsdichte (in Kombination mit geringem Gewicht) erforderlich sind.
CeramTec und das Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie (IISB) in Erlangen arbeiten seit 2021 zusammen, um innovative Kühllösungen für die Leistungselektronik eines Antriebsumrichters zu entwickeln.
Im Fokus dieses gemeinsamen Projekts steht das Wärmemanagement mittels keramischer Kühler mit aufgebrachten Metallisierungen. Dadurch ist es möglich, Halbleiterchips direkt auf den keramischen Kühler aufzubringen (Chip-on-Heatsink). Die Zusammenarbeit konzentriert sich auf die Entwicklung eines Moduldesigns, das mittels keramischer Kühler die Wärme der SiC-Chips effizient abführt, die Chipfläche bestmöglich ausnutzt und die Größe des Kühlers so klein wie möglich hält.
Auf diese Weise kann hohe elektrische Leistung, die viel Wärme erzeugt, auf kleinem Raum zuverlässig abgeführt werden und die Größe der Leistungsmodule kann miniaturisiert werden. Bei den vom IISB durchgeführten Messungen konnte der Wärmewiderstand im Vergleich zu Modulen nach dem Stand der Technik halbiert werden.
CeramCool® Chip-on-Heat-Sink
CeramTec hat den Chip-on-Heatsink als revolutionäres Verfahren entwickelt, um einen Leistungshalbleiter direkt auf einen metallisierten keramischen Kühlkörper zu löten oder zu Ag-sintern. Dadurch wird eine optimale thermische Verbindung mit dem Kühlmittel (Luft oder Flüssigkeit) erreicht.
CeramTecs Chip-on-Heatsink beschreibt letztlich ein Designkonzept zur deutlichen Reduzierung des Wärmewiderstands, der Anzahl der Komponenten und des Bauraums. CeramCool® ist Kühlkörper und Isolator in einem.
- Kein zusätzlicher Metallkühlkörper: Sie können das Leiterbahnlayout direkt auf den keramischen Kühlkörper metallisieren.
- Kein zusätzlicher Isolator: Sie können Ihren Halbleiter direkt sintern oder löten.
- Direkter Wärmekontakt: Schnittstellen entfallen und der Wärmewiderstand wird reduziert.
- Erhebliche Einsparungen bei Rth durch den Einsatz eines Keramikkühlers im Vergleich zu hochmodernen Leistungsmodulen möglich
- Weitere Verbesserung von Rth durch optimierte Struktur → Kompromiss zwischen Wärmeleistung und Druckabfall
- Reduzierung des Gesamtvolumens und -gewichts des Systems durch die Dicke des Keramikkühlers und zusätzliche Freiheitsgrade
Design der Leistungsmodule
- 1200 V Voll-SiC-Halbbrücke mit gesinterten Halbleiterbauelementen auf CeramTec AlN-Keramikkühler
- Niedriger Rth' = 0,15 K*cm²/W für hohe Strombelastbarkeit
- Geringe Modulinduktivität durch
- integrierten Keramikkondensator auf der Rückseite des Keramikkühlers
- Metallisierung der Kühlerkante
- Unkritische Schnittstellen für einfache Systemanwendung
- Skalierbares Moduldesign je nach Strombedarf
SiC-Leistungsmodul auf keramischem Kühlkörper
- 1200 V Voll-SiC-Halbbrücke mit gesinterten Halbleiterbauelementen auf einem CeramTec AlN-Keramikkühler
- Hervorragende thermische Eigenschaften (durch Messungen bestätigt)
- Niedrige Modulinduktivität (durch Messungen bestätigt)
- In das Modul integrierter Keramikkondensator auf der Rückseite des Keramikkühlers
- Metallisierung der Kühlerkante
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