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Warum benötigen SiC-Leistungsmodule neue Packaging-Technologien?
Warum SiC-Leistungsmodule neue Packaging-Technologien brauchen – und weshalb Package-Design zunehmend die elektrische und thermische Performance bestimmt.
Das Review untersucht, warum konventionelle Power-Module-Packaging-Strukturen die vollständige Nutzung der Vorteile von SiC-Leistungsbauelementen begrenzen können. Als zentrale Herausforderungen werden High-Speed-Switching, thermisches Management, Hochtemperaturbetrieb und Hochspannungsisolation beschrieben.
Parasitische Induktivitäten können bei hohen Schaltgeschwindigkeiten zu Spannungsüberschwingern, Ringing und elektromagnetischen Störungen führen und damit die nutzbare Schaltgeschwindigkeit begrenzen. Eine hohe thermische Resistenz erhöht die Junction-Temperatur und kann thermisch bedingte Zuverlässigkeitsprobleme verstärken. Gleichzeitig müssen Materialien und Verbindungstechnologien für höhere Betriebstemperaturen sowie steigende elektrische Feldbelastungen ausgelegt sein.
Daraus ergeben sich Anforderungen an zukünftige Packaging-Technologien: geringere parasitäre Induktivität, geringere thermische Resistenz, höhere Temperaturstabilität und verbesserte elektrische Isolation.
Die vollständige Nutzung der Vorteile von SiC-Leistungsbauelementen hängt zunehmend auch von geeigneten Packaging-Technologien ab.
Hohe Schaltfrequenzen, hohe Betriebstemperaturen und geringe Verluste auf Bauelementebene führen nicht automatisch zu entsprechender Performance auf Modul- und Systemebene. Parasitische Induktivität, thermische Resistenz und elektrische Isolation werden wesentlich durch Package-Design und Verbindungstechnologien beeinflusst.
Konventionelles Packaging kann dadurch zu einem begrenzenden Faktor für die Nutzung der SiC-Bauelementeigenschaften werden. Um deren Potenzial besser auszuschöpfen, müssen sich Packaging- und Interconnection-Technologien entsprechend weiterentwickeln.
Die dargestellten Aussagen basieren auf einem Review zu SiC-Power-Module-Packaging-Technologien. Das Paper fasst Herausforderungen konventioneller Packaging-Strukturen, Anforderungen an zukünftige Packaging-Technologien und technologische Entwicklungen zusammen.
Die beschriebenen Zusammenhänge sind daher keine Auslegungsregeln für ein bestimmtes Modul oder einen einzelnen Anwendungsfall. Die tatsächliche elektrische, thermische und mechanische Performance hängt unter anderem von Halbleitertechnologie, Package-Struktur, Materialien, Verbindungstechnologien, Spannungs- und Stromniveau, Schaltbedingungen sowie den thermischen Randbedingungen ab.
Konkrete Packaging-Lösungen müssen deshalb für die jeweilige Anwendung und deren Betriebsbedingungen separat bewertet werden.
Research Source
Haksun Lee, Vanessa Smet, Rao R. Tummala
A Review of SiC Power Module Packaging Technologies: Challenges, Advances, and Emerging Issues
IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, Vol. 8, No. 1, March 2020
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