Forskare har undersökt kiselkarbid, ett lovande alternativt material för halvledarindustrin, i flera år nu. Fraunhofer Institute for Reliability and Microintegration IZM gick samman med partners i SiC Module-projektet för att utöka denna typ av krafthalvledare för industriell tillverkning. Deras ansträngning går till att öka effektiviteten hos drivlinor i elfordon och utöka dessa fordons räckvidd.

Elektromobilitet har sina nejsägare, med några skeptiker som pekar på begränsningar som elbilars toppfart och maximala räckvidd. Båda beror på den inbyggda kraftelektroniken, det elektroniska hjärtat av e-mobilitet. Storlek, vikt och effektivitet är tre fabrikat-eller-bryt-faktorer för kraftelektronik avsedd för installation i e-bilar. Kiselkarbid (SiC), ett nytt halvledarmaterial, kryssar i alla tre rutorna. Det är mer effektivt men lämnar ändå ett mindre fotavtryck än konventionella halvledare som kisel.

Ändå, kiselkarbid finns inte i någon e-bil på vägen idag. Som det står, detta halvledarmaterial är fortfarande begränsat till forskningslabb. För att porta den från labbet till fabriken, SiC Module-projektet har räknat in alla villkor för industriell tillverkning i ekvationen från början. Modulens design är ett exempel:Forskare vid Fraunhofer IZM baserar den på strukturen hos det klassiska kretskort som industrin länge har gynnat. Detta borde påskynda lanseringen.

Kortare kraftledningar, bättre strömförsörjning

Modulen drar också nytta av de senaste vetenskapliga framstegen. Istället för att trådbinda halvledaren till paketet, forskarna bestämde sig för att bädda in den direkt i kretsen med en galvanisk-assisterad kopparkontakt för att förkorta ledningarna och optimera strömförsörjningen. Teamet tog också med sig den potentiella kunden för denna utvecklingsinsats. Under projektets första år, de tog fram ett specifikationsblad som pekade ut det elektriska, termiska och prestandakrav för modulen och halvledaren. Forskarna arbetade nära användarna, tillgodose deras önskemål när de bestämde produktspecifikationerna.

Biltillverkare, komponentleverantörer och OEM-tillverkare var direkt involverade i arbetet med att kartlägga de kraftelektroniska modulernas storlek, layout och elektriska kretsar. Detta kollektiv försökte få ut det mesta av det tillgängliga utrymmet i fordonens drivlina. Lars Böttcher, gruppledare vid Fraunhofer IZM och chef för SiC-delprojektet, säger, "Vi går längre än ett allmänt proof of concept eftersom vi utvecklar mer än bara en prototyp i det här projektet." Målet är att utöka både det nya halvledarmaterialet kiselkarbid och inbäddningstekniken för massproduktion.