Onderzoekers hebben onderzoek gedaan naar siliciumcarbide, een veelbelovend alternatief materiaal voor de halfgeleiderindustrie, al een aantal jaren. Het Fraunhofer Instituut voor Betrouwbaarheid en Micro-integratie IZM heeft de krachten gebundeld met partners in het SiC Module-project om dit type vermogenshalfgeleider voor industriële productie op te voeren. Hun inspanningen gaan om de efficiëntie van aandrijflijnen in elektrische voertuigen te verhogen en het bereik van deze voertuigen uit te breiden.

Elektromobiliteit heeft zijn tegenstanders, waarbij sommige sceptici wijzen op beperkingen zoals de topsnelheid en het maximale bereik van elektrische auto's. Beide zijn afhankelijk van de ingebouwde vermogenselektronica, het elektronische hart van e-mobiliteit. Maat, gewicht en efficiëntie zijn drie make-or-break-factoren voor vermogenselektronica die bestemd zijn voor installatie in e-auto's. Siliciumcarbide (SiC), een nieuw halfgeleidermateriaal, vinkt alle drie de vakjes aan. Het is efficiënter maar laat een kleinere voetafdruk achter dan conventionele halfgeleiders zoals silicium.

Toch, siliciumcarbide is tegenwoordig in geen enkele e-auto op de weg te vinden. Zoals het staat, dit halfgeleidermateriaal is nog steeds beperkt tot onderzoekslaboratoria. Om het van het lab naar de fabriek te brengen, het SiC Module-project heeft vanaf het begin rekening gehouden met alle voorwaarden van industriële productie. Het ontwerp van de module is hier een goed voorbeeld van:onderzoekers van het Fraunhofer IZM baseren het op de structuur van de klassieke printplaat waar de industrie al lang de voorkeur aan geeft. Dit zou de uitrol moeten bespoedigen.

Kortere hoogspanningslijnen, betere stroomroutering

De module profiteert ook van de nieuwste wetenschappelijke ontwikkelingen. In plaats van de halfgeleider aan de verpakking te binden, de onderzoekers besloten om het rechtstreeks in het circuit in te bedden met een galvanisch ondersteund koperen contact om de draden in te korten en de stroomroutering te optimaliseren. Het team bracht ook de potentiële klant aan boord voor deze ontwikkelingsinspanning. In het eerste jaar van het project ze hebben een specificatieblad opgesteld waarin de elektrische, thermische en prestatie-eisen voor de module en halfgeleider. De onderzoekers werkten nauw samen met gebruikers, tegemoet te komen aan hun wensen bij het bepalen van de productspecificaties.

autofabrikanten, leveranciers van componenten en OEM's waren direct betrokken bij de poging om de grootte van de vermogenselektronische modules in kaart te brengen, lay-out en elektrische circuits. Dit collectief probeerde de beschikbare ruimte in de aandrijflijn van de voertuigen optimaal te benutten. Lars Böttcher, groepsleider bij het Fraunhofer IZM en hoofd van het deelproject SiC, zegt, "We gaan verder dan een algemene proof of concept omdat we in dit project meer ontwikkelen dan alleen een prototype." Het doel is om zowel het nieuwe halfgeleidermateriaal siliciumcarbide als de inbeddingstechnologie voor massaproductie op te voeren.