Halbleiterleistungsbauelemente und Ihre Integration - Stand der Technik und Entwicklungstendenzen

摘要

Die Leistungshalbleiter Komponenten und Smart Power ICs haben sich als die treibende Kraft hinter der fortschreitenden Entwicklung auf dem Gebiet der leistungselektronischen Systemtechnik, insbesondere im Hinblick auf Energieeinsparung, Steuerungsdynamik, Larmreduzierung und nicht zuletzt bei Gewichts- und Volumenreduzierung, erwiesen. Leistungshalbleiter werden vor allem eingesetzt um den Energiefluss zwischen Energiequelle und dem Verbraucher zu steuern. Das erfolgt mit gosster Prazision bei extrem kurzer Steuerungszeit und mit ausserst niedrigen Verlusten. Als Chopper arbeiten sie als Verbindung zwischen der Mikroelektronik und dem Leistungswandler. Die dramatische Entwicklung der IC Technologien, insbesondere wahrend der letzten Dekade, macht es mittlerweile moglich ein direktes Interface zur Mikroelektronik in den Leistungshalbleiter zu integrieren (monolithisch oder hybrid) um damit eine einfache Antriebscharakteristik bei guter Steuerungsdynamik bis hinauf in den Megawattbereich zur realisieren. Der andauernde technologische Fortschritt in der Leistungselektronik fur Automobil und Industrie Anwendungen wird getrieben durch: Energieeinsparung durch neue Schaltungstopologien, basierend auf neuen Halbleiterkonzepten; Miniaturisierung elektrischer Systeme; Kostenreduzierung durch Systemintegration; Gesteigerte Zuverlassigkeit durch hohere Integrationsdichte; Erhohte Betriebstemperaturen. Der Trend zu rationellerer Energienutzung, Miniaturisierung der elektrischen Systeme und zu besserem Energiemanagement hat die revolutionaren Entwicklungen bei den Leistungshalbleitern und der Leistungselektronik in den letzten 20 Jahren angetrieben. In diesem Artikel werden neue Leistungshalbleitertechnologien und Bauelementkonzepte und deren Entwicklung in den letzten Jahren im Uberblick vorgestellt. Die Diskussion erfolgt insbesondere unter dem Aspekt der Anforderungen an schnelles Schaltverhalten fur hochdynamische Antriebe, hoher Uberlastfahigkeit, Robustheit und Zuverlassigkeit in Automobil- und Indutrieapplikationen. Im Automobilsegment werden Technologien fur hohe Betriebstemperaturen benotigt, in der Industrie vorwiegend hohere Betriebsspannungen.