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Charakterisierung von Leistungshalbleitern

Vollautomatischer Prüfstand misst Schaltenergien und Durchlassverluste von Leistungshalbleitern für beliebige Strom-, Spannungs- und Temperaturkombinationen.

Si-Halbleiter charakterisieren mit dem Prüfstand am KIT: Messung einzelner Module, Transistor-Outline-Gehäuse (TO) mit Leiterplatte und Bewertung der DC-Bus-Verbindung. (Bild: Bruno/Germany / pixabay.com)

Halbleiter sind in leistungselektronischen Schaltungen unverzichtbar. Beim Design einer Schaltung ist es zur thermischen und elektrischen Auslegung essentiell, die Schalteigenschaften und Durchlasseigenschaften des eingesetzten Leistungshalbleiters möglichst exakt zu kennen.

Stand der Technik

Für jede spezifische Anwendung sind die Kennwerte wie Schaltverhalten, Durchlass- und Schaltverluste des Halbleiters jedoch individuell. Hier machen unzureichende oder nur schwer zu adaptierende Angaben von Herstellern zusätzliche Messungen der Halbleiter daher unerlässlich. Messungen an manuellen Prüfplätzen, die in Aufbau und Setting variieren, sind in der Regel sehr aufwändig, insbesondere wenn eine große Anzahl an Betriebspunkten vermessen werden soll.

Technologie

Am Elektrotechnischen Institut (ETI) wurde zur Charakterisierung von Halbleiter-Leistungsbauelementen ein automatisierter Prüfstand entwickelt, der Ein- und Ausschaltvorgänge der Bauelemente vollautomatisch evaluiert und deren Verlustprozesse analysiert. Hierbei wird das Messprinzip der Doppelpulsmessung zur Bestimmung des Schaltverhaltens und der Schaltenergien eingesetzt. Parameter wie Laststrom, Zwischenkreisspannung und Sperrschichttemperatur sind einstellbar. Dadurch ist das Durchlass- und Schaltverhalten der Leistungshalbleiter in unterschiedlichen Spannungs-, Strom- und Temperaturkombinationen messbar. Zu den Betriebspunkten liefert der Prüfstand mehrdimensionale Kennfelder und grafisch aufbereitete Messergebnisse zur vollständigen Charakterisierung. Der Prüfstand wurde speziell für Siliziumkarbid(SiC)- und Silizium(Si)-basierte Halbleiterbauelemente mit einer maximalen Sperrspannung von 1,7 kV konzipiert.

Vorteile

Mithilfe des vorgestellten Prüfstands können große Messreihen vollautomatisch und reproduzierbar aufgenommen und ausgewertet werden. Die gewonnenen Daten helfen dabei, das Schaltverhalten zu analysieren und so neue Stromrichter bzw. Leistungsmodule thermisch und elektrisch genauer auszulegen. Darüber hinaus können die auftretenden Überspannungen und Überströme ausgewertet werden und die Erkenntnisse so zur Aufbauoptimierung beitragen.

Optionen für Unternehmen

Der Halbleiterprüfstand am KIT steht für Industriepartner zur Messung und Qualifizierung von Leistungshalbleitern sowie kompletten Stromrichtern zur Verfügung. Alle zur automatisierten Messung notwendigen Hardwarekomponenten, die Softwareimplementierung und die Konzeption der elektrischen Komponenten wurden vollständig am Institut realisiert.

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Ihr Ansprechpartner für dieses Angebot

Dr. Aude Pélisson-Schecker
Innovationsmanagerin Energie
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Innovations- und Relationsmanagement (IRM)
Telefon: +49 721 608-25335
E-Mail: pelisson-schecker@kit.edu
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