Top-Side-Cooling-Halbleitergehäuse für SiC-MOSFETs

ROHM hat ein Top-Side-Cooling-Gehäuse für Siliziumkarbid-(SiC)-MOSFETs vorgestellt, das eine automatisierte Oberflächenmontage ermöglicht und gleichzeitig eine Wärmeableitung auf dem Niveau herkömmlicher Through-Hole-Komponenten bietet. Die Gehäusetechnologie adressiert die hohen Anforderungen an Leistungsdichte und elektrische Isolation in Onboard-Ladegeräten für Elektrofahrzeuge, elektrischen Kompressoren, Photovoltaik-Wechselrichtern sowie Hochleistungsstromversorgungen für Industrieserver.

Wärmeableitung und Fertigungsautomatisierung
Leistungsstarke Stromrichter nutzen traditionell Through-Hole-Gehäuse wie das TO-247-4L, da diese über große interne Kupfer-Leadframes verfügen und direkt an externe Kühlkörper angebunden werden können. Die Integration solcher Bauteile erfordert jedoch manuelle Wellenlötprozesse oder zusätzliche Selektivlöt-Schritte, was den Fertigungsdurchsatz begrenzt.

Die Top-Side-Cooling-Architektur verlagert die primäre thermische Schnittstelle auf die Oberseite des Bauteils. Dadurch kann die Leiterplatte (PCB) vollständig für Signalführung und elektrische Verbindungen genutzt werden, während ein isolierter Kühlkörper direkt auf der Gehäuseoberseite befestigt wird. Durch die Trennung des Wärmepfads von der Leiterplatte entfallen thermische Vias und dicke Kupferlagen im Inneren der Platine. Dies reduziert die Gesamthöhe des Systems und ermöglicht die vollständige Kompatibilität mit automatisierten SMT-Fertigungslinien.

Kriechstrecken und Isolationsdesign für Hochspannungsanwendungen
Der Betrieb in Hochspannungsumgebungen, etwa in 800-V-Traktionssystemen von Elektrofahrzeugen, stellt hohe Anforderungen an die elektrische Sicherheit. Besonders wichtig ist dabei die Kriechstrecke, also der kürzeste Weg entlang der Oberfläche eines Isoliermaterials zwischen zwei leitfähigen Teilen.

Das Gehäuse verfügt über eine proprietäre Oberflächenstruktur mit integrierten Rillen, die eine durchgehende Kriechstrecke von 6,66 mm bereitstellt. Diese Auslegung ermöglicht eine maximale Betriebsspitzenspannung von 1200 V AC unter Bedingungen der Verschmutzungsklasse 2, bei der normalerweise nur nichtleitende Verunreinigungen auftreten und Leitfähigkeit lediglich vorübergehend durch Kondensation entstehen kann. Dadurch lassen sich kompakte Hochspannungssysteme realisieren, ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen wie Conformal Coating oder Vergussverfahren zur Einhaltung regulatorischer Isolationsanforderungen einsetzen zu müssen.

Wirkungsgrad der Leistungswandlung und Halbleitertechnologie
Im Gehäuse kommen Siliziumkarbid-Trench-MOSFETs der vierten Generation zum Einsatz, die sowohl statische als auch dynamische Verluste reduzieren sollen. Die Kombination aus niedrigem Drain-Source-Einschaltwiderstand (R_DS(on)) und geringer parasitärer Gate-Kapazität beschleunigt die Schaltvorgänge beim Ein- und Ausschalten.

Die Verringerung der gesamten Schaltenergie (E_on und E_off) ermöglicht höhere Schaltfrequenzen in Leistungselektroniksystemen. Höhere Frequenzen reduzieren wiederum Größe und Gewicht passiver Komponenten wie Leistungsinduktivitäten und DC-Link-Kondensatoren, wodurch sich die Leistungsdichte in Anwendungen der digitalen Lieferkette erhöhen lässt. Die neue Baureihe wurde auf der Fachmesse PCIM 2026 vorgestellt, die vom 9. bis 11. Juni 2026 in Nürnberg stattfand.

Zusätzlicher Kontext
Dieser Abschnitt enthält technische Spezifikationen und Wettbewerbsvergleiche, die nicht Bestandteil der ursprünglichen Pressemitteilung waren.

Das Top-Side-Cooling-SMT-Design richtet sich an ein Marktsegment, das bislang von etablierten Gehäuseformen wie dem Toll-(Transistor Outline Leadless)-Package sowie dem QDPAK-(Quarter DPAK)-Format bedient wird, die unter anderem von Wettbewerbern wie Infineon Technologies und STMicroelectronics eingesetzt werden. Standardmäßige Toll-Gehäuse maximieren die Kontaktfläche zur Leiterplatte, nutzen jedoch eine Bottom-Side-Cooling-Architektur. Dabei wird die Wärme direkt in das Leiterplattensubstrat eingeleitet, wodurch die Verlustleistung letztlich durch die thermischen Eigenschaften des PCB-Layouts begrenzt wird.

Mit einer Kriechstrecke von 6,66 mm erreicht oder übertrifft das TSC3PAK-Gehäuse die typischen 6,1 mm konventioneller QDPAK-Architekturen. Dies erhöht die Sicherheitsreserve gegenüber Kriechströmen oder Lichtbogenbildung zwischen den Anschlüssen bei Hochspannungstransienten. Die Gehäuseabmessungen von 14,00 × 18,58 × 3,50 mm ermöglichen einen thermischen Widerstand zwischen Sperrschicht und Gehäuse (R_th(j-c)), der mit Through-Hole-Alternativen vergleichbar ist. Dadurch können Entwickler auf automatisierte Pick-and-Place-Fertigungsprozesse umsteigen, ohne die bestehende Kühlarchitektur ihrer Systeme grundlegend anpassen zu müssen.

Bearbeitet von Aishwarya Mambet, Induportals-Redakteurin, mit Unterstützung von KI.

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