SiC teknolojisi ve ambalajındaki yeniliklerden bahsediyoruz SiC, otomotiv elektroniği teknolojisinin zorluklarına nasıl yanıt veriyor?
Otomotiv elektroniği teknolojisinin zorluklarını aşmak için önümüzdeki birkaç yıl içinde SiC teknolojisini kullanmak, ECSEL JU'nun WInSiC4AP projesinin hedeflerinden biridir. ECSEL JU ve ESI, büyük ekonomik ve sosyal etkileri olan tamamlayıcı Ar-Ge faaliyetlerini gerçekleştirmek için projeye mali destek sağlamak için işbirliği yaptı. DTSMNS (Distretto Tecnologico Sicilia Micro e Nano Sistemi) liderliğindeki 20 proje ortağı, teknoloji araştırması, üretim süreci, ambalaj testi ve uygulama alanlarında 36 aylık bir geliştirme işbirliği başlatacak. Bu makale, SiC teknolojisi ve ambalajlamadaki yeniliklere odaklanarak bu projenin otomotiv ile ilgili içeriğini tartışacaktır.
WInSiC4AP ittifakı, büyük işletmeler, küçük ve orta ölçekli işletmeler, üniversiteler ve devlet bilimsel araştırma kurumları dahil olmak üzere 4 AB ülkesinden (İtalya, Fransa, Almanya ve Çek Cumhuriyeti) 20 ortaktan oluşur. Bu bağlamda şirketler (otomotiv imalatı, aviyonik, demiryolları ve savunma) ve dikey sanayi zincirleri (yarı iletken tedarikçileri, indüktör ve kapasitör üreticileri), akademik kurumlar ve araştırma laboratuvarları çözüm tasarlamak ve teknik sorunları çözmek için işbirliği yapacaklardır. , Özel bilgilerin paylaşılması ve öngörülemeyen sonuçlar da ortaya çıkabilir. WInSiC4AP'nin temel amacı, sosyal sorunları çözmek ve Avrupa'nın dünya lideri pazar segmentlerinin yanı sıra otomotiv, aviyonik, demiryolu ve savunma alanlarının üstesinden gelmek için enerji verimli ve düşük maliyetli hedef uygulamalar için güvenilir teknoloji modülleri geliştirmektir. Karşılaşılan teknik zorluklar. WInSiC4AP yöntemi, endüstri dikey entegrasyonunun avantajlarına dayanır, teknolojiyi uygulama gereksinimlerine göre optimize eder, eksiksiz bir ekosistem geliştirir ve ilgili sorunları güvenilirlik sorunları olarak kapsamlı bir şekilde analiz eder. Amerika Birleşik Devletleri, Japonya ve diğer ülkelerde silisyum karbür teknolojisinin mevcut gelişimi ve pazarı ele geçiren yeni şirketler ile proje, AB endüstrilerinin, birincil ve ikincil tedarikçilerin ve endüstriyel zincirdeki alt şirketlerin rekabet gücünü artıracaktır. Proje ekibi, hedef uygulamalar için yeni topolojik yapılar ve mimariler geliştirecek, laboratuvar düzeyinde çalışma ortamını simüle edecek ve mevcut teknik düzeyi ve teknik özellikleri azaltmak için şu anda acil olarak ihtiyaç duyulan veya boş olan teknolojilerin, bileşenlerin ve gösteri ürünlerinin araştırılmasını ve geliştirilmesini teşvik edecektir. Son derece yüksek gereksinimler arasındaki boşluk.
Teknoloji ve geliştirme hedeflerini tartışmaya başlamadan önce, Şekil 1'deki elektrikli araç konseptinin basit şematik diyagramına bir göz atalım. Bu durumda güç dönüşüm sisteminde kullanılan elektronik bileşenler ve çekiş motoru bu projenin araştırma yönüdür.
Tanıdık silikon ve geniş bant boşluklu malzemelerin (SiC, GaN) bir karşılaştırma çizelgesidir. Anahtarlama frekansının odak noktası olmadığı otomotiv uygulamalarında, mükemmel sürüş performansı ve geniş çalışma sıcaklığı aralığı SiC'yi elektrikli araç tasarımcıları için tercih edilen güç cihazı yapar.
I. WInSiC4AP'nin ana hedefi
A. Ana hedef
WInSiC4AP, sosyal sorunları çözmek ve Avrupa'nın dünya lideri pazar segmentlerinin yanı sıra otomotiv, aviyonik, demiryolu ve savunma sektörlerinin üstesinden gelmek için enerji verimli ve uygun maliyetli hedef uygulamalar için güvenilir teknoloji modülleri geliştirmeye kendini adamıştır. Teknik zorluklar.
B. Demo
Teknoloji geliştirme ve hedef uygulamaların tüm açıklamaları ve gösterileri, bu projede geliştirilen SiC teknoloji modüllerini ve paketlerini içeren prototip tanıtım ürünlerini kullanıyor:
Otomobil ve demiryolu:
1. PHEV (fişli hibrit elektrikli araç) veya BEV (saf elektrikli araç) yerleşik şarj cihazı 2. HEV (hibrit elektrikli araç), BEV ve FC (yakıt hücreli araç) izole DC-DC dönüştürücü 3. Demiryolu lokomotif zekası Güç anahtarı (IPS-RA)
4. Havacılık sınıfı akıllı güç anahtarı (IPS-AA)
Nano / Mikro Şebeke ve Aviyonik:
5. Nano / mikro şebeke V2G / V2H için yüksek verimli çift yönlü SiC güç dönüştürücü 6. Aviyonik invertör.
Aviyonik:
7. LiPo arayüzü
8. Motor kontrolörü-invertör
Projenin uygulanması üç ana aşamaya ayrılmıştır: şartname ve kullanım durumu tanımı, teknoloji geliştirme ve prototip gösterimi ürün geliştirme.
II. WInSiC4AP projesinde SiC teknolojisi
SiC cihazlarının üretimi, özel üretim hatlarının kullanılmasını gerektirir.Bu, yarı iletkenlerin fiziksel özelliklerinden (son derece düşük katkı yayılımı ve kafes karmaşıklığı) ve ayrıca özellikle iyonlar için piyasadaki mevcut gofretlerin küçük çaplı boyutlarından (150 mm) kaynaklanmaktadır. İmplantasyon veya katkı aktivasyonu gibi işlemler, yarı iletken cihaz imalat işlemlerinde kullanılan geleneksel katmanlarla uyumsuzdur [1].
Bu nedenle, bu özellikler özel entegrasyon şemaları gerektirir.
Bu yöntemleri kullanarak, 1200V ve 1700V'den yüksek kesme gerilimlerine sahip iki SiC güç MOSFET'i gerçekleştirilebilir, akım yoğunluğu 45A'dır ve çıkış direnci 100m'den azdır.
Bu cihazlar, SiC güç cihazları için ısı yayma performanslarını iyileştirmek için özel olarak tasarlanmış HiP247 yeni paketini kullanacak. SiC'nin ısıl iletkenliği silikonun [2] üç katıdır. STMicroelectronics tarafından geliştirilen SiC MOSFET'i örnek alarak, SiC MOSFET 200 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda bile yüksek enerji verimliliğini koruyabilir.
WInSiC4AP projesinin SiC MOSFET geliştirme faaliyetleri ağırlıklı olarak 2018 yılında gerçekleştirilmektedir. Şekil 3, 4 ve 5, sırasıyla, cihazın çıkış özelliklerini, eşik voltajını ve arıza voltajını göstermektedir.
25 ve 200 ° C'de SiC SCT30N120'de MOSFET'in mevcut çıkış özellikleri.
Tüm sıcaklık aralığında çıkış direnci 100 mOhm'dan çok daha düşüktür; sıcaklık 25 ° C'den 200 ° C'ye çıktığında eşik voltajı (Vth) 600mV azalır ve arıza voltajı (BV) yaklaşık 50V artar.Görmek zor değil, SiC MOSFET'in performansı, silikon MOSFET'inkinden önemli ölçüde daha yüksektir.
MOSFET'in SiC SCT30N120'de 25 ve 200 ° C'de eşik voltajı Şekil 5: 25 ve 200 ° C'de SiC SCT30N120'deki MOSFET'in arıza voltajı özellikleri, sıcaklık 25 ° C'den 200 ° C'ye yükselirken diğer karakterizasyon verilerinden görülebilir. , Anahtar enerjiyi harcadı ve iç gövde kaçak diyotunun iyileşme süresi değişmeden kalır.
Bu projede geliştirilen yeni cihazlar benzer veya daha iyi performansa ulaşacaktır. Rdson azaltımı, geliştirilmekte olan SiC MOSFET'in temel bir parametresidir. En düşük Rdson değeri, son kullanıcının prototip tanıtım ürününü anlamasına yardımcı olacaktır.
III. Güç Modülü
WInSiC4AP projesi, yüksek sıcaklıklarda büyük akımlar üretebilen yeni SiC cihazlarının performans avantajlarını oynatmak için teknolojik yenilik yoluyla gelişmiş paketleme teknolojisinin geliştirilmesini öngörmektedir [3, 4].
Paketleme teknolojisi ile ilgili olarak, WInSiC4AP bir yandan komple paket çözümünün yüksek sıcaklık dayanıklılığında bir atılım yapmak, diğer yandan paket sıcaklık değişikliklerini kontrol etmek isteyecektir. Nihai hedef yeni güvenilirlik kayıtları oluşturmaktır:
ü Güvenilirlik, mevcut teknik seviyenin 5 katından fazladır; yüksek sıcaklık performansı da büyük ölçüde geliştirilir ü 200 veya daha yüksek sıcaklık ortamında çalışabilir.
Proje, paketleme yöntemini entegre SiC cihazlarının özelliklerine göre optimize edecek ve Şekil 6'da gösterildiği gibi özellikle kalıplama veya üç boyutlu paketleme teknolojisini kullanarak yeni nesil güç modülleri geliştirecektir.
SiC'nin nispeten yeni bir malzeme olduğu ve SiC cihazlarının çalışma sıcaklığı ve çıkış gücünün silikondan daha yüksek olduğu düşünüldüğünde, proje dahilinde çip ile paket arasında (ön işlem ve son işlem) yeni yöntemler ve yöntemler geliştirmek gerekiyor. Güç modülünü optimize edin.
Aslında bu projede geliştirilecek hedef uygulamanın güç gereksinimlerini karşılamak için bir güç modülüne birden fazla SiC cihazının (> 20) takılması gerekir. Güç modülünün, cihazların iyi paralel bağlanmasını sağlamak, iletim kaybını ve parazitik endüktansı en aza indirmek ve iyi bir anahtarlama frekansına (minimum 20 kHz) sahip olması için özel olarak tasarlanması gerekir.
A. Kısaltmalar
RD Ar-Ge
SiC silisyum karbür
PHEV plug-in hibrit araç
BEV saf elektrikli araç
FC yakıt hücresi
HEV hibrit araba
EV elektrikli araba
IV. Sonuç
SiC malzemelerinin doğal özellikleri sayesinde, yeni nesil güç cihazları, uygulama enerji verimliliğini artırırken, aynı zamanda çalışma sıcaklığını da artırdı.
Proje perspektifinden bakıldığında, termodinamik araçların hibrit araçlara ve nihayetinde elektrikli araçlara doğru geliştirilmesi, yüksek verimli ve gelişmiş elektronik ürünlerin kullanılmasını gerektirmektedir.Silikon karbür teknolojisinin yeni araçlarda uygulanmasının ekonomi üzerinde olumlu bir etkisi olmasını bekliyoruz.
Feragatname: Bu web sitesinin orijinal içeriğini yeniden yazdırmanız gerekirse, lütfen kaynağı belirtin; bu web sitesinde çoğaltılan içeriğin (makaleler, resimler, videolar) ve diğer materyallerin telif hakkı orijinal web sitesine aittir. Herkese açıklamamanız gereken makaleler veya resimler kullanırsak ve her iki tarafa da gereksiz ekonomik kayıplardan kaçınmak için zamanında onaylamazsak, lütfen bize e-posta gönderin, böylece uygun önlemleri hızlı bir şekilde alabiliriz; katkılarınızı bekliyoruz, e-posta: editors @ eccn. com.tr.
