Die Entwicklung neuer Technologien zur Reduzierung weltweiter Energieverluste ist heute eines der Hauptziele. Eine ausgezeichnete Strategie, um ein solches Ziel zu erreichen, besteht darin, auf Technologien zu zielen, die in elektronischen Hochleistungswandlern verwendet werden, da ein erheblicher Teil des globalen Energieverbrauchs mit diesen Systemen zusammenhängt. Mittelspannungs-Stromrichter weisen solche Eigenschaften auf, die zur Steuerung von Motoren verwendete Mittelspannungsantriebe haben einen enormen weltweiten Einfluss, da etwa 60 % des weltweiten Energieverbrauchs von Motoren stammen. Siliziumkarbid (SiC) ist ein Schlüsselmaterial, das im Kern von Energiesystemen (z. B. MV-Antrieben) verwendet wird und das Potenzial hat, die globalen Energieverluste stark zu reduzieren. Der SiC-Markt erreichte 2019 etwa 500 Millionen US-Dollar, wobei bis 2025 ein Umsatz von 2,5 Milliarden US-Dollar prognostiziert wird. Obwohl EV-Technologien einen erheblichen Teil des Wachstums im LV-Bereich ausmachen, wird sich die MV-SiC-Technologie in einer Reihe von Anwendungen erheblich weiterentwickeln. Diese Technologie hat das Potenzial, den Energieverbrauch in der Schweiz und weltweit stark zu senken, indem Energieverluste für industrielle Antriebsanwendungen um bis zu 540 TWh reduziert werden. In der Schweiz werden Energieeinsparungen für industrielle Antriebsanwendungen erwartet, die 2,6 % des jährlichen Landesverbrauchs entsprechen. Zudem sollen bei einer Prognose von 25 Jahren Produktlebensdauer rund 6,8 Milliarden Franken eingespart werden. Das SiC-MILE-Projekt zielt darauf ab, eine Technologie zu etablieren, die die zukünftige Entwicklung von SiC-MOSFET-Produkten für Mittelspannung (MV) ermöglicht, wobei der Schwerpunkt auf den Spannungsklassen 3,3 und 6,5 kV liegt. Es werden Leistungsmodule entwickelt, die auf MS-Hochleistungsanwendungen wie Bahnstromrichter und Industrieantriebe abzielen. Es wird erwartet, dass eine solche Technologie die Konstruktion von Leistungswandlern mit bemerkenswerten Energieeinsparungen und erheblichen Gewinnen hinsichtlich Kompaktheit und Gewicht ermöglichen wird. Das Design der 3,3-kV-SiC-Chips sowie das Packaging wurden in diesem Bericht detailliert beschrieben. Darüber hinaus wurde der Bau eines dedizierten Konverterprüfstands entwickelt, um die Verluste der Si-Leistungsmodule im realen Konverterbetrieb mit hochgenauen thermischen und elektrischen Methoden zu charakterisieren.
1) Simulationen, Prozess und Integration für die Entwicklung von 3,3kV-SiC-Chips, mit einer erfolgreichen Demonstration.
2) EM-Design und Bonding-Prozesse für SiC-basierte LinPak-Gehäuse mit reduzierten Streuinduktivitäten.
3) Demonstration eines Si-Linpak-Konverters einschließlich thermischer und elektrischer Prüfstände zur Charakterisierung.
Das Projekt liegt im Zeitplan und es sind keine Verzögerungen zu erwarten. Im nächsten Schritt werden LinPak-Module aus SiC mit 3,3 und 6,5 kV zusammengebaut und in den jeweiligen Umrichterdemonstratoren getestet. In der Zwischenzeit werden Testtechniken für die Charakterisierung des Systems entwickelt und getestet, einschließlich Methoden, die durch FEM-Simulationen unterstützt werden