Interview mit Arrow zur PCIM Europe 2022 SiC, GaN und Power Packaging: Wichtige Trends in der Leistungselektronik

Steven Shackell, Director Supplier Management bei Arrow Electronics, im Gespräch mit Johann Wiesböck, Chefredakteur ELEKTRONIKPRAXIS, über Silizium, SiC & GaN auf der PCIM 2022.

Was sind Ihre drei wichtigsten Produkt-Highlights auf der PCIM speziell für Entwickler der Leistungselektronik?

Meine drei wichtigsten Produkt-Highlights sind die Erweiterung des SiC-Portfolios, die Markteinführung der neuesten GaN-Bauteile sowie die Weiterentwicklung im Bereich Power Packaging.

Wie schätzen Sie die technologische Weiterentwicklung der SiC-Bauteile ein – beispielsweise in den für Industrie und Automotive benötigten Spannungsbereichen?

Die Spannungsbereiche der SiC-Komponenten werden stetig weiter ansteigen und schließlich bis in den Mittelspannungsbereich vorstoßen, da sich die SiC-Technologie im Vergleich zu Silizium sehr gut für solche höheren Spannungen eignet. Inzwischen bringen immer mehr SiC-Hersteller auch 1700-V-Bauteile auf den Markt, die vor allem für die Hilfsstromversorgung in industriellen Anwendungen vorgesehen sind. Der nächste Schritt wird dann eine Erhöhung auf 3,3 kV sein. Es gibt auf dem Markt bereits solche Bauteile einiger Hersteller. Aber ich glaube nicht, dass 3,3 kV schon das Ende ist, ganz im Gegenteil, ich vermute eher, dass es weiter in Richtung 10 kV gehen wird. Es wird einen Schub hin zu höheren Spannungen geben, dennoch werden die gängigen Spannungen von 650 V und 1200 V weiterhin Triebfeder für künftige Leistungssprünge sein. Vor allem die Automobilindustrie wird darauf drängen, dass die SiC-Hersteller ihre Entwicklungsarbeit im Bereich der Zwischenspannungen von 650 V bis 1200 V fortsetzen, um die Leistung der Elektrofahrzeuge zu optimieren und ihre Reichweite zu erhöhen.

Wie entwickelt sich die GaN-Technologie Ihrer Leistungsversorgungsanbieter – beispielsweise in Hinblick auf Stabilität und Zuverlässigkeit?

Die GaN-Technologie entwickelt sich stetig weiter zu einer zunehmend praktikablen Lösung, da die Anbieter nach und nach viele der Sicherheits- bzw. Zuverlässigkeitsprobleme lösen können. Einer der gängigsten Lösungsansätze besteht darin, den GaN-Schalter in den Gate-Treiber zu integrieren. Damit wird sichergestellt, dass das Gate des GaN-Schalters mit allen erforderlichen Schutzmaßnahmen zur Gewährleistung der Stabilität und Zuverlässigkeit korrekt angesteuert wird.

Welche anderen technologischen Entwicklungen treiben die Leistungselektronik voran?

Die Wafer-Technologie ist ein entscheidender Faktor, aber das ist nur die Hälfte der Geschichte. Auch die Packages bzw. Gehäuse, in denen die Dices platziert werden, gewinnen zunehmend an Bedeutung. Bei den Niederspannungs-MOSFETs, bei denen der Trend in Richtung 0,5 mΩ geht, wird jeder Bestandteil des Gehäuses analysiert, um den durch das Gehäuse verursachten Widerstand zu verringern. Da die Systemdesigner außerdem auf höhere Leistungsdichten drängen, bringen die Hersteller umfangreichere Portfolios heraus, die auch beidseitig kühlbare Gehäuse enthalten. Fazit ist, damit die Vorteile der SiC- und GaN-Bauteile voll ausgeschöpft werden können, müssen mehr oberflächenmontierbare Gehäuse entwickelt werden, die die Leistung eines TO-247-Gehäuses bewältigen können.

Der aktuelle Boom bei Elektrofahrzeugen und erneuerbaren Energien ist unübersehbar. Wie entwickelt sich aus Ihrer Sicht die Nachfrage nach den verschiedenen industriellen Anwendungen?

Im industriellen Bereich außerhalb der erneuerbaren Energien steigt die Nachfrage rasant an. Sie wird vor allem durch die Elektrifizierung in den unterschiedlichsten Bereichen vorangetrieben, wie Jet Ski, Elektrowerkzeuge für den Außenbereich und Gewerbe, eVTOL und Schneemobile. Der nächste Industriezweig, der sich die Vorzüge von SiC zunutze machen wird, ist der Markt für industrielle Motorantriebe, darunter insbesondere Servo- und Einbauantriebe. Es handelt sich hierbei um einen bereits etablierten Leistungshalbleitermarkt, der IGBTs nutzt, jedoch ein erhebliches Wachstumspotenzial für SiC bietet.

Wie zukunftssicher sind die Silizium-Leistungshalbleiter, die Sie anbieten?

Es wird immer einen Platz für Silizium-Leistungshalbleiter geben. Im Bereich der Nieder- und Mittelspannungs-MOSFETs (<150 V) sehe ich bisher noch kein WBG-Produkt, das Silizium ersetzen könnte. In den höheren Spannungsbereich zwischen 650 V und 1200 V gibt es noch Spielraum für Kosten- und Leistungsverbesserungen, das heißt auch hier ist die Siliziumtechnologie noch längst nicht aus dem Rennen. Gerade in der Leistungselektronik hat sich gezeigt, dass ältere Technologien auch nach der Einführung neuerer Technologien noch jahrzehntelang fortbestehen, so gibt es beispielsweise auch noch 20 Jahre nach der Einführung der HV-Superjunction-MOSFETs die bewährten Hochspannungsplanar-MOSFETs. Ich denke, dass dies in Hinblick auf die SiC- und GaN-Komponenten bei den Si-Bauteilen ebenfalls der Fall sein wird.

Arrow ist ein Broadline-Distributor. Wie ist Ihr Portfolio für Leistungselektronik strukturiert und gibt es neue Produktlinien im Programm? Wenn ja, was würden Sie sonst noch gerne in Ihr Portfolio aufnehmen?

a. Arrow Electronics tätigt erhebliche Investitionen, um sicherzustellen, dass sowohl unsere Lieferanten als auch unsere Kunden mit Unterstützung durch Arrow im Bereich der Leistungselektronik erfolgreich entwickeln können. Diese Investitionen sind darauf ausgerichtet, FAEs mit Fachkenntnissen im Bereich der Leistungselektronik zu finden und sie mit den nötigen Tools auszustatten, um erfolgreich Leistungselektronik zu entwickeln. Wir haben in unserem Portfolio viele führenden Unternehmen aus dem Bereich der Leistungselektronik und wollen mit ihnen weiter wachsen. Das heißt sobald sich Möglichkeiten mit neuen Zulieferern ergeben, die neuartige Produkte für unsere bestehenden Anbieter anbieten, werden wir prüfen, ob sich daraus ein beiderseitiger Nutzen ergibt, und entsprechend handeln.

Vielen Dank für das Gespräch.

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