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Eine Klasse für sich: Erweiterter H2S-Schutz von IGBT-Modulen erhöht die Lebensdauer

Bei Anwendungen in aggressiven Umgebungen bestimmt die Robustheit die Langlebigkeit von Modulen – und damit die Zuverlässigkeit.

Eine Klasse für sich: Erweiterter H2S-Schutz von IGBT-Modulen erhöht die Lebensdauer
EconoPACK+-Module mit einem TRENCHSTOP IGBT4-Chipsatz sind die ersten des Econo-Portfolios mit dem neuen H2S-Schutz für Wechselrichter.

Dabei hat insbesondere die Belastung durch Schwefelwasserstoff (H2S) einen großen Einfluss auf die Lebensdauer elektronischer Komponenten. Um hier einen vorzeitigen Ausfall zu verhindern, hat die Infineon Technologies AG einen Schutz entwickelt. EconoPACK+-Module mit einem TRENCHSTOP IGBT4-Chipsatz sind die ersten des Econo-Portfolios mit diesem neuen Schutz. Aggressive Umgebungen mit kritischen H2S-Werten können vor allem in der Papierproduktion vorkommen, im Bergbau, in der Abwasser- und petrochemischen Verarbeitung sowie in der gummi-verarbeitenden Industrie.

Unter den korrosiven Verunreinigungen ist H2S die kritischste für Leistungshalbleiter. Denn im Betriebsmodus werden IGBT-Module in der Regel auf hohe Temperaturniveaus erhitzt. Dies löst zusammen mit der angelegten Spannung und der H2S-Verunreinigung das Wachstum von kristallinem Kupfersulfid (Cu2S) aus. Diese leitenden Strukturen wachsen in den Gräben zwischen den Leiterbahnen auf den Keramiksubstraten und verursachen im schlimmsten Fall einen Kurzschluss. Der vorzeitige Ausfall von IGBT-Modulen wiederum kann die Lebensdauer eines Wechselrichters erheblich verkürzen. Der erweiterte H2S-Schutz von Infineon blockiert den in das Modul eindringenden Schwefelwasserstoff, bevor er empfindliche Bereiche erreicht: eine einzigartige und vor allem auch die effektivste Methode.

Alle elektrischen, thermischen und mechanischen Parameter des Moduls bleiben dabei unverändert und behalten die gleichen Eigenschaften wie die Standardmodule. Mit dem Schutz kann die Lebensdauer von Systemen in rauen Umgebungsbedingungen verlängert werden. Zur Bestätigung hat Infineon einen eigenen HV-H2S-Test entwickelt, mit dem IGBT-Module für den Betrieb unter Bedingungen in Anlehnung an die Norm ISA 71.04-2013 qualifiziert werden. Diese Norm definiert vier Schweregrade für Kontaminationseffekte von "mild (G1)" bis "schwer (GX)". Der Test von Infineon deckt ein breites Spektrum industrieller Anwendungen ab und bietet einen quantitativen Ansatz zur Bewertung der Zuverlässigkeit von IGBT-Modulen.

Durch die H2S-Technologie von Infineon geschützt, zeigen IGBT-Module unter den definierten HV-H2S-Testbedingungen kein Dendritenwachstum. Deshalb lässt sich mit der Obergrenze des Schweregrades "hart (G3)" (≤ 2000 Å / 50 ppb) nach ISA 71.04 eine Lebensdauer von 20 Jahren erwarten. Das EconoPACK+ mit der erweiterten H2S Schutzfunktion ersetzt einfach das Standard-Modul, so dass kein kosten- und zeitintensiver Designaufwand erforderlich ist. Darüber hinaus können Anwender von Wechselrichtersystemen auf erweiterte Schutzmaßnahmen wie zusätzliche Raumbelüftung, Temperatur- und Feuchteregelung im Bereich der Installation oder auch einen hermetischen Schrank für den Wechselrichter verzichten.

Verfügbarkeit

Der EconoPACK+ mit erweitertem H2S-Schutz kann in hohen Stückzahlen mit einer Sperrspannung von 1200 V in einer 300 A- und 450 A-Variante sowie mit 1700 V in einer 300 A- und 500 A-Variante bestellt werden. Muster der EconoPIM 2- und 3-Familie sind ebenfalls verfügbar.

www.infineon.com

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