Ziel des Projekts war es zu untersuchen, welche Vorteile leiterplattenintegrierte Leistungshalbleiter auf Systemebene generieren.
Im Rahmen des Projektes hiDrive wurde untersucht, inwieweit „Leiterplattenembedding“ als neuartige Aufbau- und Verbindungstechnologie für Anwendungen in der Leistungselektronik eingesetzt werden kann. Dazu wurde ein Antriebsumrichter als Systemdemonstrator entwickelt. Dieser ist so ausgelegt, dass er in zwei Varianten realisiert werden kann: erstens als Referenz in klassischer Technologie mit keramikbasiertem Halbleitermodul und zweitens als experimenteller Umrichter mit leiterplattenintegrierten Halbleiterbauelementen.
rechts: Erstes Muster eines an der Hochschule Kempten hergestellten PrePackages mit integrierten 1200V/50A IGBT und Diode Jenoptik (Quelle: Hochschule für angewandte Wissenschaften Kempten)
Der Referenzumrichter wurde aufgebaut und erfolgreich getestet. Bei der Herstellung des experimentellen Umrichters im Labor wurden jedoch einige Herausforderungen im Fertigungsprozess deutlich, aufgrund derer kein funktionsfähiger experimenteller Umrichter hergestellt werden konnte. Die prinzipielle Machbarkeit konnte allerdings anhand einer vereinfachten Teststruktur, einer Halbbrücke, nachgewiesen werden. Diese wurde experimentell charakterisiert. Basierend auf diesen Ergebnissen wurde mittels einer Systemsimulation eine Bewertung der Embedding-Technologie auf Anwendungsebene vorgenommen. Bedingt durch reduzierte Durchlass- und Schaltverluste sowie durch einen verbesserten thermischen Widerstand fällt die Leistungsdichte, bei gleicher Sperrschichttemperatur, um 15 % höher aus.
Die Herstellungsproblematik wurde mit einem neuen Partitionierungskonzept adressiert. Dabei werden sogenannte „Pre-Packages“ hergestellt. Diese werden in einem weiteren Schritt in die Leiterplatte integriert, wodurch die Problematik des hohen Fertigungsausschusses überwunden wird.
