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DKE
14.01.2022 Projekt

MessLeha

Im Projekt MessLeha werden Messverfahren und -umgebungen zur Charakterisierung schneller Leistungshalbleiter analysiert und ein maschinenlesbares Datenblatt für Simulationstools entwickelt.

Kontakt

Alexandra Fabricius
Zuständiges Gremium

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Laufzeit: 01.05.2020 – 30.06.2022

Konsortialpartner: VDE DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik, Infineon Technologies AG, PE-Systems GmbH, Physikalisch Technische Bundesanstalt, Universität Stuttgart (Institut für Robuste Leistungshalbleitersysteme und Institut für Leistungselektronik und Elektrische Antriebe)

Assoziierte Partner: ABB Power Grids Switzerland, REFU Drive, Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG, Rohm Semiconductor GmbH, Fuji Electric Europe GmbH

Logo Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Projektförderung: Das Projekt MessLeha wird im Rahmen des Programms „WIPANO“ (Wissens- und Technologietransfer durch Patente und Normen) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.



Projektträger: Projektträger Jülich (PtJ)

Projektmotivation

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.

Projektbeschreibung

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.

Projektziele

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. 


Projektworkshops

Icon Termine
VDE

Im Rahmen des Projektes MessLeha fanden zwei Online-Workshops statt.

Beim ersten Workshop am 4. März 2021 wurden in zwei Breakout-Sessions Rückmeldungen und Anforderungen der Stakeholder gesammelt, die in die laufenden Arbeiten und die daraus resultierenden Normungsvorschläge für die Internationale Elektrotechnische Kommission IEC einfließen.

Beim zweiten Workshop des Projektes MessLeha am 23. September 2021 wurden neue Projektergebnisse präsentiert sowie das maschinenlesbare Datenblatt und der Messaufbau für den Doppelpulstest vorgestellt. Außerdem wurde den Teilnehmern dargestellt, wie das Feedback aus dem ersten Workshop implementiert wurde.

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