Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

2 Grundlagen
C E
A
d
d (Dicke) Al 2
O 3
: 0,38 mm oder 0,63 mm; AlN: 0,63 mm;
e = e 0·e r
=9,1·8,85e -12 F/m (Al 2
O 3
und AlN);
Für ein Halbbrückenmodul könne folgende Flächenanteile der Substratfläche abgeschätzt werden:
--
40% „+DC“,
--
40% „AC“ und
--
15% „-DC“
Welches Anschlusspotential mit welcher Amplitude beim Schalten gegen Erde springt, hängt vom
Erdungskonzept der angeschlossenen Last ab. Im Umrichter muss durch geeignete Maßnahmen
(z.B. Y-Kondensatoren) ein Strompfad geschaffen werden, der nahe am Leistungshalbleiter einen
Stromkreis schließt, so das i E
nicht über Controller- und Überwachungseinrichtungen fließt. Dieser
Erdstrom würde von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen als Fehler detektiert und kann zum Auslösen
dieser Einrichtung führen. Für Anlagen mit funktionsbedingten hohen Ableitströmen existieren
besondere Kennzeichnungspflichten und Anforderungen an Mindestquerschnitte der Schutzleiter
(EN 50178, EN 61800-5-1).
Bild 2.5.27 stellt die Kapazitäten der gebräuchlichsten Substratmaterialien in den Standarddicken
gegenüber. Aufgrund der unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten und der vom Wärmeleitvermögen
bestimmten Standarddicke, die bei AlN-Substraten mit 630 µm am größten, bei IMS-
Aufbauten mit 120 µm (Epoxydisolation) bzw. 25 µm (Polyimidisolation) dagegen am kleinsten
ist, ergeben sich auch dementsprechende Unterschiede in den Kapazitäten C E
und damit unterschiedliche
Begrenzungen der für einen maximal tolerierbaren Erdstrom i E
höchstzulässigen
Schaltgeschwindigkeit dv CE
/dt.
[pF/cm ]
2
140
120
100
80
60
40
20
0
d=0.38 mm
Capacity per unit area
d=0.63 mm
d=0.12 mm
d=0.025 mm
Al O 2 3 AlN Epoxy Polyimid
Bild 2.5.27 Kapazität je Flächeneinheit für unterschiedliche Isoliersubstrate
2.5.2.7 Schaltungskomplexität
Die optimale Komplexität kann allgemeingültig nicht definiert werden. Zum einen senken komplexe
Module i.a. die Kosten eines Gerätes und minimieren Probleme der Zusammenschaltung unterschiedlicher
Komponenten (parasitäre Induktivitäten, Störeinstreuungen, Verschaltungsfehler).
Zum anderen sinkt mit steigender Komplexität die Universalität der Module (Fertigungsstückzahl).
Prüfumfang und Kosten je Modul erhöhen sich. Mit zunehmender Komponenten- und Verbindungsanzahl
im Modul steigt dessen Ausfallwahrscheinlichkeit und der im Fehlerfall auszutauschende
Schaltungsanteil. An Ansteuer-, Mess- und Schutzbaugruppen in Modulen werden hohe
thermische und EMV-Anforderungen gestellt.
Bei der Integration von Treibern hat sich noch kein „Weltstandard“ ähnlich der im folgenden dargestellten
Modulkonfigurationen durchgesetzt. Durch wachsenden Integrationsumfang an Treiberfunktionen
wird die Universalität der Leistungsmodule eingeschränkt, das Modul wird immer
weitgehender zum Subsystem. Als Zielrichtungen „intelligenter“ Module stehen zum einen die
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