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Hochintegrierte SiC-Leistungselektronik auf thermisch partitionierten Keramiksubstraten

Die Hochintegration von leistungselektronischen Systemen basierend auf SiC-Leistungshalbleitern ist ein wesentlicher Schritt auf dem Weg zur Entwicklung von hocheffizienten und kompakten Elektroniksystemen. Dabei verbleibt allerdings eine wesentliche Herausforderung: Das Abführen der Verlustleistung aus den extrem verengten Bauräumen und Strukturgrößen. Dies gilt insbesondere bei einer Leistungs-Logik-Integration, da sich die Temperatur- und Zyklenfestigkeiten der Leistungshalbleiter und Logikbauteile stark unterscheiden.
Zur Realisierung solcher hochintegrierten Konzepte müssen neue Kühl- und Modulstrukturen erforscht werden, die eine thermische Partitionierung des Keramiksubstrats ermöglichen. Auf diese Weise kann die Verlustleistung der Halbleiter effizient und gerichtet aus den Hotspots abgeführt werden ohne dabei die Zuverlässigkeit der hochintegrierten Logikbauteile und passiven Komponenten einzuschränken.

Das Hauptziel des ISEAs ist die Erforschung von Kommutierungszellen für Leistungs-Logik integrierte Siliziumkarbid (SiC)-Module. Ausgehend von Simulationen werden neuartige Strukturen der Aufbau- und Verbindungstechnik auf Keramiksubstrattechnologie entwickelt und anhand eines universell einsetzbaren SiC-Halbbrückenmodus demonstriert. Bei dem Halbbrückenmodul wird durch thermisch partitionierte Kühlstrukturen eine Rückkopplung der eingeprägten Wärmeenergie der Leistungshalbleiter auf die räumlich sehr nah angebundenen Logikbauteile vermieden.

Laufzeit

01. September 2018 – 31. August 2021

Förderung