MessLeha

Ein zentraler Prozessschritt bei der Entwicklung von leistungselektronischen Systemen ist die Auswahl des Leistungshalbleiters. Die Charakterisierung der Halbleiter erfolgt über Messverfahren, die in der Normenreihe IEC 60747 „Halbleiterbauelemente – Einzelhalbleiterbauelemente“ beschrieben sind. Die Schaltverluste werden mit dem Doppelpulstest bestimmt, dessen Schaltungsanordnung grundlegend in den genannten Normen definiert ist. Jedoch werden weitere Randbedingungen wie die Streuinduktivität im Messkreis und Bandbreite der zu verwendenden Messaufnehmer nicht berücksichtigt.

Dies verhindert die Rückführbarkeit und damit die Vergleichbarkeit der Messergebnisse. Darüber hinaus sind die Verfahren für neuartige Halbleitermaterialien wie SiC und GaN, die wesentlich schnellere Schaltgeschwindigkeiten erreichen, nur eingeschränkt anwendbar.

Um verschiedene Komponenten miteinander zu vergleichen, werden Simulationen auf Basis der Datenblattwerte genutzt. Dafür stellen Halbleiterhersteller zum Teil Modelle zur Verfügung, die allerdings nur in bestimmten Simulationstools einsetzbar sind. Nutzt ein Kunde ein nicht unterstütztes Tool, ist die Parametrierung mit erheblichem Aufwand verbunden.

Im Projekt werden ein modularer Charakterisierungsaufbau sowie ein maschinenlesbares Datenblatt entwickelt, um die beschriebenen Probleme zu adressieren.

Dazu wird die aktuell definierte Messumgebung anhand von Referenzdesigns in Bezug auf die Rückführbarkeit der Messergebnisse analysiert und ein verbesserter Versuchsaufbau erarbeitet. Für das maschinenlesbare Datenblatt wird ein Datensatz definiert, der die Parametrierung von allen gängigen Simulationsmodellen erlaubt.

Darüber hinaus werden verschiedene Messprinzipien zur Bestimmung der Schaltverluste für schnelle Leistungshalbleiter verglichen. In diesem Zuge wird auch die für den Doppelpulstest notwendige Sensorik weiterentwickelt, um diesen auch weiterhin für neuartige Bauelementgenerationen verwenden zu können.

Basierend auf den Projektergebnissen werden zwei Normentwürfe (zum Charakterisierungsaufbau und zum Datenblatt) erarbeitet.

Ziel des Projektes ist die Einreichung der beiden Normentwürfe bei IEC. Der Normentwurf zum Charakterisierungsaufbau soll die Normen IEC 60747-8, -9 und -15 ergänzen. Die bestehende Messumgebung wird zur genauen Bestimmbarkeit der Schaltverluste angepasst und die Anwendbarkeit auf zukünftige Bauteilgenerationen (SiC und GaN) gewährleistet.

Der zweite Normentwurf zum maschinenlesbaren Datenblatt soll eine Rückführbarkeit und somit Vergleichbarkeit der vermessenen Bauteile basierend auf den Datenblattangaben ermöglichen. Dazu wird ein maschinenlesbarer Datensatz für den Einsatz in allen Simulationstools definiert.