Analyse der thermischen Leistungsfähigkeit neuartiger Modulkonzepte unter Verwendung anorganischer Verkapselungsmaterialien

Abstract

Die Verkapselung von leistungselektronischen Modulen wird heutzutage mit Polymeren umgesetzt. Die oben genannten Materialien bieten neben ihren dielektrischen Eigenschaften keinerlei technische Vorteile für den Einsatz in einem leistungselektronischen Modul. Es kommt hierbei zu einem technologischen Flaschenhals. Anorganische Materialien liefern hier einen vielversprechenden Ansatz. In der vorliegenden Arbeit wird der Einsatz von anorganischen Vergussmassen anhand von Zuverlässigkeitsuntersuchungen analysiert und bewertet. Weiterhin wird untersucht, welchen Einfluss die erhöhte thermische Leitfähigkeit eines solchen Verkapselungsmaterials auf die Halbleitertemperatur und damit den thermischen Widerstand des Moduls hat. Auf Grundlage dieser Erkenntnisse werden alternative Modulkonzepte entwickelt, welche die Entwärmung des Moduls optimieren. Hierdurch wird der thermische Widerstand der Baugruppe signifikant reduziert, was die Leistungsfähigkeit bzw. die Lebensdauer des Moduls erhöht.

The encapsulation of power electronic modules is nowadays realized with polymers. In addition to their dielectric properties, the above-mentioned materials offer no technical advantages for use in power electronic modules. This results in a technological bottleneck. Inorganic materials offer a promising approach here. In the presented work, the use of inorganic encapsulation materials is analysed and evaluated on the basis of reliability tests. Furthermore, it is investigated what influence the increased thermal conductivity of such an encapsulation material has on the semiconductor temperature and thus the thermal resistance of the module. Based on these findings, alternative module concepts are developed that optimise the heat dissipation of the module. This significantly reduces the thermal resistance of the module, which increases the performance and lifetime of the module.