Was ist ein SiC-Leistungsmodul?

Das heutzutage am weitesten verbreitete Material für Leistungshalbleiter ist Silizium. Silizium ist ein sehr bekanntes Material und kostengünstig herzustellen. Es gibt jedoch auch andere, effizientere elektrische Halbleiter aus z.B. Siliziumkarbid und Galliumnitrid. Durch Nutzung dieser Materialien verringern sich die Leistungsverluste, womit auch eine geringere Wärmeabfuhr einhergeht. Dies hat den Vorteil, dass teure Kühlungssysteme eingespart werden können und Größe und Gewicht des gesamten Aufbaus verringert werden kann.

Erfahren Sie mehr darüber, was Siliziumkarbid-Leistungsmodule sind, wie sie funktionieren und warum SiC in ausgewählten Anwendungen bevorzugt wird.

Was ist Siliziumkarbid (SiC)?

Siliziumkarbid (SiC) ist älter als unser Sonnensystem und wurde erstmals in Meteoriten entdeckt, welche älter als 4,6 Milliarden Jahre sind. Doch erst jetzt ist SiC so weit industrialisiert, dass es bei der Herstellung von Leistungshalbleitern wirtschaftlich und technisch mit Silizium konkurrieren kann.

Siliziumkarbid kombiniert Silizium (Si) und Kohlenstoff (C) mit einzigartigen elektrischen Eigenschaften. Aufgrund dieser Eigenschaften ist es möglich, Hochleistungshalbleiter für verschiedene Anwendungen zu fertigen.

Was ist ein Siliziumkarbid-Leistungsmodul?

Ein Siliziumkarbid-Leistungsmodul ist ein Leistungsmodul, das einen Siliziumkarbid-Halbleiter als Schalter verwendet.

Ein Siliziumkarbid-Leistungsmodul wird verwendet, um elektrische Leistung umzuwandeln. Diese Leistung ist das Produkt aus Strom und Spannung mit einer hohen Umwandlungseffizienz.

Warum werden Siliziumkarbid-Leistungsmodule in ausgewählten Anwendungen bevorzugt?

Siliziumkarbid als Halbleiter hat eine große Bandbreite. In MOSFET Bauteilen genutzt, hat es sehr geringe Schaltverluste und ermöglich dadurch höhere Schaltfrequenzen im Vergleich zu herkömmlichen Siliziumbauelementen. Gleichzeitig kann es höhere Temperaturen als herkömmliche Si-Halbleiter bedienen.

Es wird davon ausgegangen, dass die Verwendung von SiC-Leistungshalbleitern exponentiell zunehmen wird. Grund dafür sind die entscheidenden Effizienzmerkmale, die Kostensenkung ermöglichen und gleichzeitig die Systemleistung in einer Vielzahl von Anwendungen verbessert.

Beispiele für diese Anwendungen sind:

  • EV Ladestationen
  • Solarwechselrichter
  • Elektromobilität
  • Motorantriebe
Was sind die Vorteile von Siliziumkarbid (SiC) im Vergleich zu heutigen Silizium-Geräten?

Im Vergleich zu Si-basierten Leistungsmodulen bietet SiC mehrere Vorteile:

  • Schnelleres Schalten bedeutet geringere Schaltverluste, weniger Bedarf an passiven Komponenten und damit weniger Platzbedarf im System
  • Geeignet für hohe Schaltfrequenzen
  • Hohe Sperrspannung
  • Höhere Sperrschichttemperatur
  • Hohe Stromdichte bedeutet höhere Kompaktheit und höhere Leistungsdichte

Wussten Sie schon?

Um die weltweit wachsende Nachfrage nach Siliziumkarbid-Leistungsmodulen zu befriedigen, hat Danfoss in München ein „SiC Center of Excellence“ mit Büros und einem 600m² großen Labor etabliert. Neben der Qualifizierung und Entwicklung von Halbleitern und verschiedenen Testszenarien ist das neue Labor auch für Hochleistungstests bis 400 kW qualifiziert und ausgestattet.

Der Zweck des SiC Excellence Centers von Danfoss ist die Unterstützung bei der Entwicklung kundenspezifischer Leistungsmodule und Power Stacks in einer Vielzahl von Kundenprojekten, für die SiC-Leistungsmodule erforderlich sind. Darüber hinaus erforscht das SiC Team auch zukünftige Leistungsmodulgenerationen, einschließlich der schnell schaltenden SiC-Halbleiter und deren Schaltverhalten.