Neue IGBT-Modul-Generation für höhere Lebensdauer und verbesserte Zuverlässigkeit

Anbieter zum Thema

EBV Elektronik GmbH & Co. KG

ROHM Semiconductor GmbH

MTM Power Messtechnik Mellenbach GmbH

Infineon Technologies AG

Lebensdauerabschätzung für .XT technologie

Im nachfolgenden Lebensdauer-Vergleich zweier PrimePACK-Module wird ein Modul mit den aktuellen Montage- und Verbindungsprozessen einem Modul mit .XT-Technologie gegenübergestellt.

Mit einem Lastprofil werden die spezifischen Anforderungen einer bestimmten Anwendung beschrieben. Eine typische Anwendung kann z.B. ein Stadtbus mit ständigen Anfahr- und Abbremsvorgängen sein. Das Power-Cycling-Zieldiagramm für .XT (Bild 1) ist für die maximale Sperrschichttemperatur von 175 °C gültig.

In unserer Lebensdauerabschätzung wird das Diagramm auch für niedrigere Temperaturen verwendet. Dies ist eine „worst-case“-Abschätzung, da zu kleineren Sperrschichttemperaturen die Power-Cycling-Festigkeit hin zunimmt. Die Strom- und Spannungsverläufe sind in Bild 2 gezeigt.

Im Betrieb entstehen im IGBT und in der Diode Verluste. Mit Hilfe des thermischen Netzwerkes lassen sich daraus die Temperaturhübe an der Diode und am IGBT darstellen, wie in Bild 3 gezeigt.

Im nächsten Schritt werden die berechneten Temperaturhübe mit dem Rainflow-Verfahren hinsichtlich der Power-Cycling-Festigkeit analysiert. Für das existierende Modul muss das Diagramm für IGBT4 zugrunde gelegt werden.

In diesem Beispiel wird die Power-Cycling-Festigkeit vom IGBT4 beim Temperaturhub von 37 K überschritten, wie das Bild 4 zeigt. Mit dem neuen Modul mit der .XT-Technologie werden alle Lastanforderungen erfüllt (Bild 5). Alle roten Balken liegen unterhalb der blauen Linie.

Die gesamte Lebensdauerausnutzung ergibt sich aus der Berechnung des Integrals der einzelnen Hübe. In Bild 6 wird das Ergebnis separat für IGBT und Diode grafisch dargestellt.

Während in unserem Beispiel der IGBT des Standardmoduls die 100%-Marke und somit das Lebensdauerende erreichte, beträgt die Lebensdauer des Moduls mit .XT-Technologie gerade mal 10% – das entspricht einer 10 mal höheren Lebensdauer. Diese zusätzliche Reserve kann auch für eine Erhöhung des Ausgangsstroms und somit Erhöhung der Leistungsdichte benutzt werden.

* * Ivonne Benzler, Alexander Ciliox, Karsten Guth, Piotr Luniewski , Dirk Siepe ... arbeiten bei Infineon Technologies, Warstein.

(ID:27908040)