Intelligenta kiselkarbid-multichipmoduler

Publicerad 2009-10-29

Nästa generations högeffektiva kraftelektronik för fordonsindustrin. För att minska användningen av fossila bränslen för transporter är eldrift en lovande lösning. Kraftelektronik baserad på kiselkarbid erbjuder genom unika materialegenskaper nya lösningar för styrelektronik som kan göra el- och hybridbilar mer effektiva.

Dessa tillämpningar kräver kraftmoduler som kan blockera spänningar runt 1200 volt och hantera strömmar kring 100 ampere. Vidare måste dessa kraftmoduler kunna fungera vid temperaturer upp mot 250 grader för att minska kraven på dyra separata kylsystem för elektroniken. Mot slutet av 2009 beräknas sådana kraftmoduler finnas tillgängliga för utvärdering i verkliga applikationer.

Men för att kunna öka arbetstemperaturen räcker det inte bara med att tillverka kraftkomponenterna i kiselkarbid, även styrelektroniken bör baseras på kiselkarbid. Vad som krävs är alltså intelligenta multichip-kraftmoduler som inkluderar enklare logikkretsar tillverkade av kiselkarbid.

Redan i dag tillverkas kiselkarbidkomponenter i Electrum-laboratoriet i Kista. Electrumlab har en komplett tillverknings- och processlina för fyra tums kiselkarbidskivor inkluderande alla steg från kristallodling (epitaxi) till uppdelning av skivor till individuella chip. Processteknologin är väl etablerad sedan flera år och visar mycket goda resultat.

Grunden för nya, avancerade komponenter är utveckling av nya materialstrukturer baserade på kristallodling. Acreo har under många år byggt upp ett unikt kunnande och resurser för odling av avancerade kiselkarbidstrukturer. Under 2008 investerade Acreo ytterligare i en ny kiselkarbidreaktor för att utöka kapaciteten. Den nya reaktorn beräknas vara igångkörd under början av 2009 och ger utökade möjligheter att utnyttja den senaste teknologin.

Fortsatt utveckling av kritiska odlingsprocesser som är viktiga för designen av kraftkomponenter är i fokus. Till exempel kan man genom att odla epitaxiskikt på mesastrukturer eller i diken och nyttja selektiv odling undvika begränsningarna hos traditionella dopningsprocesser som jonimplation. Det ger större frihetsgrader och möjligheter vid design av nya avancerade komponenter, vilket är särskilt viktigt för att förbättra prestanda vid arbetstemperaturer runt 250 grader. 

För att förbättra komponentprestanda sker utvecklingen av ny design som utnyttjar optimerade epitaxistrukturer i nära samarbete med komponenttillverkare. Under 2009 kommer diskreta likriktande komponenter monterade i standard TO220 kapslar för 1200 volt och 10 ampere att finnas tillgängliga för tester. Linan för slutprocessning har byggts upp och etablerats i samarbete med TranSic AB i Kista och M.A.Kapslingsteknik i Kungsängen.