Leistungselektronik im Automotive-Bereich SiC-Chips in der Leiterplatte eingebettet

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Das Halbleiterunternehmen Infineon und die Leiterplatten-Spezialisten von Schweizer Electronic arbeiten gemeinsam daran, 1200-V-CoolSiC-Chips von Infineon direkt in Platinen einzubetten und so die Effizienz von beispielsweise EV-Invertern zu steigern.

Bei dieser Lösung werden die Siliziumkarbid(SiC)-Chips in Öffnungen im inneren Kern der Multilayer-Boards platziert. Mit Kupfer gefüllte Micro-Vias bilden elektrische Verbindungen vom und zum Leistungshalbleiter mit besonders niedrigem Widerstand bei zugleich geringer Induktivität. Große thermische Massen stehen in direktem Kontakt mit dem eingebetteten SiC-Bauteil und sorgen für eine gute Ableitung der entstehenden Verlustwärme vom Leistungshalbleiter zur Wärmesenke, die auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte sitzt.

Dadurch kann diese Konstruktion die sehr hohe Energieintensität kurzer Strompulse thermisch abpuffern. In Inverter-Schaltungen für die Spannungswandlung vom und zum Akku eines Elektroautos soll diese Technik laut den Herstellern durch einen höheren Wirkungsgrad die Reichweite der Fahrzeuge erhöhen und die Gesamtsystemkosten senken.

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Wirkungsgrad gesteigert

Beide Unternehmen haben das Potenzial des neuen Ansatzes bereits unter Beweis gestellt: Sie konnten einen 48 V MOSFET in eine Leiterplatte (PCB) einbetten. Das führte laut Angaben der Hersteller zu einer Leistungssteigerung von 35%. Schweizer Electronic trägt zu diesem Erfolg mit seiner p²-Pack-Lösung bei, die das Einbetten von Leistungshalbleitern in Leiterplatten ermöglicht.

„Wir verfolgen gemeinsam das Ziel, die Automotive-Leistungselektronik auf das nächste Level zu heben“, sagt Robert Hermann, Product Line Head Automotive High-Voltage Discretes and Chips bei Infineon. „Die niederinduktive Umgebung einer Leiterplatte ermöglicht ein sauberes und schnelles Schalten. In Kombination mit der hervorragenden Performance der 1200-V-CoolSiC-Produkte ermöglicht die Chipeinbettung hochintegrierte und effiziente Wechselrichter, welche die Gesamtsystemkosten senken.“

Anwendung in Traktionswechselrichtern

„Mit den zu 100% elektrisch getesteten Standardzellen (S-Cell) von Infineon können wir hohe Gesamterträge im p²-Pack-Fertigungsprozess erzielen“, sagt Thomas Gottwald, Vice President Technology bei Schweizer Electronic. „Die schnell schaltenden Eigenschaften der CoolSiC-Chips werden durch die niederinduktive Verschaltung, die mit dem p² Pack erreicht werden kann, optimal unterstützt. Dies führt zu einem höheren Wirkungsgrad und einer verbesserten Zuverlässigkeit von Leistungswandlern wie Traktionswechselrichtern, DC-DC-Wandlern oder On-Board-Chargern.“

Infineon und Schweizer werden die neue SiC-Embedding-Technik auf der PCIM Europe 2023 in Nürnberg am Infineon-Stand 412 in Halle 7 und am Schweizer-Stand 410 in Halle 6 vorstellen.(cg)

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