Halbleiter der nächsten Generation sichern die effiziente Energieumwandlung

Selb / Malvern (USA), 15. Oktober 2013 – Im Zuge des Kyoto-Protokolls und zur Umsetzung ins Leben gerufener Direktiven wie der ErP-Richtlinie rückt die effiziente Energieumwandlung zusehends in den Fokus. Bauelemente-Hersteller wie Vishay konzentrieren sich auf die Entwicklung von robusteren und immer leistungsfähigeren Komponenten für anspruchsvolle Industrieanwendungen. “Voraussetzung für einen besseren Wirkungsgrad und eine höhere Ausbeute, egal in welchen Anwendungen, sind energieeffiziente Leistungsbauteile und deren kluge Kombination”, so Norbert Pieper, Senior Vice President Business Development, Vishay Intertechnology. “Sowohl unsere einsatzbereiten Bauteile als auch die kundenspezifischen Entwicklungen erzielen ausgezeichnete Leistungswerte und bieten hohe Zuverlässigkeit über eine lange Lebensdauer hinweg.”

Im Halbleiterbereich erlauben neue Epitaxie-Prozesse immer kleinere und genauer strukturierte Elemente, was die Gleichspannungsverluste senkt und damit die Energieeffizienz erhöht. Dünne HL-Wafer (<70m) verbessern die Wärmeleitfähigkeit und erhöhen die Leistungsdichte pro Quadratmillimeter. Größere Wafer (200mm) machen die Komponenten und Prozesse zudem bezahlbar für den Anwender. In diesem Zusammenhang rücken die IGBT Leistungshalbleiter in den Fokus. Einer Prognose von Yole Development zufolge soll der Markt für IGBTs von aktuell etwa 4 Mrd. US$ auf 6 Mrd. US$ in 2018 anwachsen, und wird vor allem durch die massive Zunahme von Umrichtern aller Art bestimmt.
Diesen Markt adressiert Vishay mit einer neuen Serie von Field-Stop und Punch-Through Trench IGBTs, die ausschließlich als DIE (ungehäuste Bauteile) verfügbar sind bzw. Anwendung in der eigenen Modulfertigung findet. Diese IGBT Typen VSGC200A060LB und VSGC200C060TB beruhen auf der langjährig entwickelten und zuverlässigen Trench MOS-Technologie und erlauben eine maximale Stromdichte per Zelle sowie verbesserte Schaltverluste. Durch spezielle Elektronenstrahl- und Laserbehandlung der Wafer kann Vishay die Eigenschaften der IGBT hinsichtlich Sättigungsspannung (Vcesat) und Ausschaltverlustenergie (Eoff) optimal an die jeweilige Anwendung (beispielsweise für Motorsteuerungen) anpassen. Vishay fokussiert speziell auf 600/650V IGBTs in den zwei Klassen L (Low Speed, high efficiency) und T (Standard Speed) in Dünnwafertechnologie, um die Bedarfe im Bereich Motorsteuerungen, UPS (Unterbrechungsfreie Stromversorgung) und Schweißtechnik zu adressieren.

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Zur Effizienzsteigerung von Umrichtern sind auch bei den Freilaufdioden für die IGBTs entsprechende Verbesserungen notwendig. Hier sind die FRED®Pt GEN2 Bauteile von Vishay die perfekte Ergänzung, sie zielen vorrangig auf Halbleitermodule für Umrichter-Applikationen ab. Die neueste Generation FRED Pt® GEN4 adressiert sowohl die Anforderung hinsichtlich geringem Nennstrom (Vf) und Abschaltladung (Qrr) als auch weiches Schaltverhalten, geringe Schaltverluste und niedrige Rückstromwerte (Irrm). Indem diese Eigenschaften das EMI-Verhalten verbessern und die Effizienz steigern leisten sie einen wesentlichen Beitrag zur Umsetzung der ErP-Verordnung zur Erreichung der Energieeffizienzklassen IE3 und IE4 bei z.B. Motorumrichtern.

Bei energiesparenden Bauteilen für Umrichter spielen die Hochvolt Superjunction MOSFETs von Vishay eine wichtige Rolle. Diese Komponenten der mittlerweile dritten Generation reduzieren den ON-Widerstand um 30% verglichen mit den bestehenden Plattformen und zeichnen sich durch eine sehr geringe Gate-Ladung aus. So erzielen sie in Leistungsschaltregler-Anwendungen extrem niedrige Durchlass- und Schaltverluste und sparen entsprechend Energie. Sie sind in vielfältigen Gehäusegrößen erhältlich. Zu den typischen Anwendungsbereichen zählen u.a. Leistungsfaktorkorrektur, Stromversorgungen für Server und Telekom-Systeme, Schweißgeräte, UPS, LED-Vorschaltgeräte. Mit den Typen SiHH23N60E und SiHH27N60E adressiert Vishay Applikationen speziell in Micro-Solarumrichtern.

“Insgesamt versteht Vishay die Komponentenentwicklung als ganzheitliche Aufgabe”, erläutert Norbert Pieper. “Denn die Effizienz von Umrichtern lässt sich nur dann steigern, wenn auch die passiven Bauelemente – vor allem Kondensatoren der MKP Serie und Induktivitäten der IHLP Serie als Ladungsspeicher, induktionsarme Leistungswiderstände der LPS Serie als Lade- und Endladewiderstände – den erhöhten Anforderungen der Umrichter gerecht werden.”

Hintergrund:
Mit dem Kyoto-Protokoll hat sich die EU das Ziel gesetzt, bis 2020 u.a. die CO2-Emissionen um 20% zu reduzieren und die Energieeffizienz um 20% zu erhöhen. Eine Maßnahme um diese Zielvorgaben zu erreichen, ist seit 2009 die ErP- bzw. Ökodesignrichtlinie (Nachfolger der EuP-Richtlinie von 2005). Sie legt mittels verbindlicher Mindestanforderungen die umweltgerechte Gestaltung energieverbrauchsrelevanter Produkte fest, deren Einhaltung mit der CE-Kennzeichnung nachgewiesen werden muss. Voraussetzung für deren energieeffizienten Designs sind energieoptimal gestaltete Bauteile und deren Zusammenspiel im Gesamtsystem.
Der globale Markt für Systeme zur Energieerzeugung, -übertragung, -speicherung und
-umwandlung hat inzwischen den Bereich der Spezialanwendungen verlassen und ist ins allgemeine Interesse gerückt. Die überhitzte Entwicklung bei Photovoltaik-Installationen ist abgeflacht und hat Raum für professionelle Großanlagen und andere Formen der Energieerzeugung wie z.B. Windenergie gelassen. Erste Elektrofahrzeuge und Hybride sind auch in Deutschland in Serie gegangen, jetzt überwiegt eher verhaltener Optimismus. In der Beleuchtung erfolgt unübersehbar die Umstellung auf energiesparende LED-Technologie.
Nicht zuletzt erfolgt momentan die weitere Umsetzung der ErP-Verordnung zur Erreichung der IE3 Effizienzklasse für Motoren über 7,5kW, was sich ab 2015 bzw. 2017 auf nahezu alle Elektromotoren (größer als 0,75kW) auswirkt

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Über Vishay Intertechnology (www.vishay.com):
Vishay Intertechnology, Inc., ein an der New Yorker Börse notiertes (NYSE: VSH) und in der “Fortune 1000”-Liste enthaltenes Unternehmen, zählt zu den weltgrößten Herstellern von diskreten Halbleiterbauelementen (Dioden, MOSFETs und Infrarot-Optoelektronik-Bauteile) und passiven elektronischen Bauteilen (Widerstände, Induktivitäten und Kondensatoren). Komponenten von Vishay werden in elektronischen Geräten und Einrichtungen fast aller Art eingesetzt. Das Unternehmen ist in zahlreichen Märkten präsent: Industrieelektronik, Computertechnik, Automobiltechnik, Consumer-Produkte, Telekommunikation, Luft-/Raumfahrt-/Wehrtechnik, Stromversorgungen und Medizintechnik. Vishay wurde 1962 gegründet und feiert in 2012 sein fünfzigjähriges Bestehen. Während dieser fünf Jahrzehnte als Technologieführer ist Vishay durch Innovationen und Acquisitionen zu einem globalen Unternehmen herangewachsen, mit Produktionsstätten in Asien, Europe, Israel sowie Nord- und Südamerika, und mit Vertriebsbüros und Applikationsingenieuren in aller Welt. Vishay entwickelt immer wieder technische Innovationen, verfolgt eine erfolgreiche Akquisitionsstrategie und kann seinen Kunden eine Vielzahl von Produkten aus einer Hand anbieten. Dadurch wurde Vishay zu einem der weltweit führenden Unternehmen der Branche.

Kontakt
Vishay Intertechnology, Inc.
Peter Henrici
63, Lancaster Ave
19355-2 Malvern, PA
+1 (610) 407 4899
peter.henrici@vishay.com
http://www.vishay.com

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