Automatisieren - Leistungselektronik - Semikron

Automatisieren
Nach fast sieben Jahren eines ungebrochenen
Wachstums, ist die
deutsche Leistungselektronik von
den harten Realitäten der Weltwirtschaftkrise
eingeholt worden.
Der Rausch der jährlichen zweistelligen
Umsatzsteigerungen ist
vorüber, manche Branchenteilnehmer
hatten sich am Ende nur
noch gefragt haben, ob es ihnen
Leistungselektronik
Auch wenn die längste Boomphase der Leistungselektronik beendet ist, alles was »Grün« ist läuft noch
»Wenn wir das umsetzen, was wir uns vorgenommen
haben, gehen wir gestärkt aus der Krise hervor«!
Zumindest im Maschinenbau war der Abschwung schon im Sommer
2008 vorhersehbar. In der Leistungselektronik und speziell der Antriebstechnik
kam der Crash mit Verzögerung. Mit etwas Glück wird 2009 ein
einstelliges Wachstum möglich sein. Der Einbruch bietet die Chance, die
Antriebstechnik konsequent zu ökologisieren. Total-Cost-of-Ownership
gewinnt an Bedeutung. Auch wenn die neue EU-Maschinenrichtlinie keine
in Silizium gegossenen Lösungen wie »Sicherer Halt« und »Sichere
Trennung« vorschreibt: Sie sind die nächste Stufe der Hochintegration.
gelinge würde, ihren Umsatz nun
alle drei, oder vier Jahre zu verdoppeln.
»Wer derzeit als Halbleiterhersteller
kund tut, dass er keine
Probleme hat, der lügt«, bringt
Dr. Ulrich Kirchenberger, Senior
Market Development Manager
Energy Efficiency & Global Program
Lightning Multi System
Market Competence Center Eu-
6 Sonderheft Automatisierung & Messtechnik März 2009 Die unabhängige Wochenzeitung für Elektronik
rope bei STMicroelectronics, die
aktuelle Situation gleich zu Beginn
der Diskussion auf den
Punkt. »Wenn ich mir in der Leistungshalbleiterbranche
die Märkte
Home-Appliance, Lightning,
Automotive und so weiter ansehe,
dann brechen die alle im gleichen
Maße ein. Nur in der reinen
Antriebssteuerung ist eine Verzögerung
gegenüber der allgemeinen
Wirtschaftkrise von rund drei
Monaten aufgetreten«, beschreibt
er die Entwicklung der letzten
Monate.
Die Lage ist ernst, meint auch
Martin Hierholzer, Vice President
& General Manager Industrial
Power Semiconductors bei Infineon
Technologies, »wer in der
Halbleiterbranche heute behaup-
Die Teilnehmer des Forums
Berthold Dücker, Vice President, European Sales, Managing Director, International Rectifier
Thomas Grasshoff, Head of Product Management, Semikron International
Dr. Peter R. Heidrich, Leiter Entwicklung Antriebe, Prokurist, Baumüller
Martin Hierholzer, Vice President & General Manager Industrial Power Semiconductors, Infineon
Dr. Ulrich Kirchenberger, Senior Market Development Manager Energy Efficiency & Global Program Lightning
Multi System Market competence Center Europe, STMicroelectronics
Werner Obermaier, Head of Product Marketing Power Modules & Hybrids, Vincotech
Claus A. Petersen, Vice President & General Manager, Danfoss Silicon Power
Robert Wiatr, Marketing Manager für Power Semiconductors, Semiconductor Division, Mitsubishi Electric
Claus Wieder, Sales Global Marketing & Engineering, SEW Eurodrive
Thomas Grasshoff, Semikron
» In China laufen jetzt Programm
zur Förderung der Windenergie an.
Die Realisierungszeiträume dort sind
kurz. Zwischen Auftragserteilung und
Realisierung liegt dort oft
nicht mal ein Jahr. «
tet, gegenüber dem letzten Jahr
ein Nullwachstum erreichen zu
können, den kann ich nur beglückwünschen!«
Der Nachfragerückgang
und das Leerräumen
der Lager haben sich nach seiner
Einschätzung vor allem auf den
Bereich der kleinen und mittleren
Leistungen negativ ausgewirkt.
Das Segment der hohen Leistungen,
das für Hierholzer bei
200, 300 kW anfängt, sei noch
nicht so stark betroffen, »ich würde
aber nicht meine Hand dafür
www.elektroniknet.de

Werner Obermaier, Vincotech
» Mit guter Technik definiere ich
Kosten, aber als Modulhersteller
allein kann ich den Mehrnutzen, den
eine Erhöhung der Junction-Temperatur
auf +175 °C dem Kunden bietet,
nicht darstellen. Dazu ist diese
Thematik einfach zu komplex. «
ins Feuer legen, dass da nicht
noch mit einem Versatz von einigen
Monaten etwas kommt«.
Die Tatsache, dass die Ursache
der Krise dieses Mal nicht in den
üblichen Schweinezyklen der
Halbleiterbranche zu suchen sei,
macht es nach Einschätzung von
Berthold Dücker, Vice President,
European Sales, Managing Director
bei International Rectifier,
in der aktuellen Situation so
schwer abzuschätzen, wann eine
Markterholung eintritt. Persönlich
geht er davon aus, dass es frühestens
im 2. Quartal 2009 zu einer
Stabilisierung auf niedrigem Niveau
kommt. Ein mögliche Erholung
in der zweiten Jahreshälfte
hängt für ihn vor allem davon ab,
ob die Kunden auch wieder bereit
seien, sich Ware aufs Lager zu legen.
Denn genau das versucht
derzeit jeder zu vermeiden.
Nach der Devise »Cash is King«
werden derzeit auf allen Ebenen
im Markt variable Kosten reduziert.
Das betrifft sowohl die Lager
der Siliziumlieferanten als
auch die der Halbleiterhersteller
und ihrer Distributoren. So absurd
es in der jetzigen Situation
auch erscheinen mag, sehen sich
Dr. Kirchenberger und Hierholzer
Automatisieren
Leistungselektronik
genötigt, in diesem Zusammenhang
vor einer möglichen Allokation
zu warnen, sobald sich die
Nachfragesituation am Markt
wieder verbessert. »Die nächste
Allokation kommt so sicher wie
das Amen in der Kirche«! Weltweit,
so Dr. Kirchenberger, wird
derzeit Fertigungskapazität abgebaut,
sei es nun in Form von Stilllegungen
oder der kompletten
Schließung von Fabs. »Die kurzen
Lieferzeiten von vier bis sechs
Wochen am Markt werden deshalb
sicher nicht für das ganze
Jahr gelten«, warnt der ST-Manager.
Natürlich sei jeder Hersteller
an Aufträgen interessiert, aber im
Fall leerer Lager sei es nun mal
unmöglich, ausgehend vom Wafer-Start,
in weniger als 12 Wochen
zu liefen, »vielleicht kriegen
wir manche Dioden ja auch in
sechs Wochen durch«.
Die Branche ist also gewarnt,
auch wenn in der aktuellen Situation
wohl die wenigsten Konsequenzen
aus dieser Warnung zie-
hen dürften. In diesem Zusammenhang
machen auch die Modulspezialisten
Danfoss Silicon
Power, Semikron und Vincotech
darauf aufmerksam, dass nicht alle
Märkte der Leistungselektronik
in den letzten Monaten eingebrochen
sind. »Alles was „Grün“ ist
läuft noch«, versichert Claus A.
Petersen, Vice President & General
Manager von Danfoss Silicon
Power, »das gilt vor allem für den
Bereich der Windenergie«. »Bei
Aufträgen im Bereich erneuerbarer
Energien handelt es sich um
langfristige Projekte«, pflichtet
Thomas Grasshoff, Head of Product
Management bei Semikron,
bei, »erst wenn die Finanzierung
für diese Projekte schwieriger
wird, könnte es auch dort zu Einbrüchen
kommen«.
Dr. Peter R. Heidrich, Leiter
Entwicklung Antriebe und Prokurist
bei Baumüller, widerspricht
vor dem Hintergrund der aktuellen
Marktsituation auch dem Eindruck,
der Einbruch der letzten
>

Automatisieren
Monate sei überraschend gekommen:
»Bereits im Frühjahr 2008
hat sich angedeutet, dass es in bestimmten
Branchen des Maschinen-
und Anlagenbaus zu Problemen
kommen wird«. So zeigte Ende
des ersten Halbjahrs bereits der
Textilmaschinenbau erste Schwächen.
Dann erwies sich die Drupa,
die Leitmesse für den Bereich
Papier und Druckmaschinen, als
Strohfeuer, als deutlich wurde,
dass viele der dort erteilten Aufträge
nur Optionen waren, die
dann Stück für Stück storniert
wurden. Zu diesem Zeitpunkt
sprach der ZVEI noch von einem
»Sommerloch«. Am Anschluss daran
kamen die Hersteller Kunststoff
erzeugender und verarbeitender
Maschinen hinzu. Mit der
Finanzkrise und dem darauf folgenden
Automobilschock wurde
dann schließlich noch die Fabrikautomation
in Mitleidenschaft gezogen.
»Die Situation, wie sie sich
heute für uns darstellt, ist einmalig«,
stellt Claus Wieder, zuständig
für Sales Global Marketing &
Engineering bei SEW Eurodrive,
fest, »durch den synchronen Charakter
der Krise sind alle Märkte
und Regionen gleichzeitig betrof-
Leistungselektronik
fen«. Wie Dr. Heidrich kann darum
auch er von Kunden berichten,
die mit 20- bis 80-prozentigen
Auftragsrückgängen konfrontiert
sind. In der aktuellen Krise sehen
aber beide Antriebsspezialisten
die Chance, dass die Maschinenund
Anlagenbauer wieder mehr
Zeit finden, um sich mit neuen
Anzeige
Entwicklungen auseinanderzusetzen.
Dr. Heidrich stellt in diesem
Zusammenhang fest, dass
immer mehr hydraulische und
pneumatische Lösungen nun
durch elektronische Komponen-
8 Sonderheft Automatisierung & Messtechnik März 2009 Die unabhängige Wochenzeitung für Elektronik
ten und Systeme ersetzt werden.
Der Grund dafür: in erster Linie
die bessere Energieeffizienz.
Nach Siliziumlösungen, welche
die Funktion »Sicherer Halt«
oder »Sichere Trennung« bieten,
werden die Entwicklungsleiter
der Maschinen- und Anlagenbauer
dabei jedoch vergeblich Ausschau
halten. Zwar berichtet Hierholzer
davon, dass Infineon die
funktionale Trennung auch für 10
kV inzwischen bereits garantieren
kann, ähnlich sieht es bei ST aus,
dort allerdings mit einer anderen
Applikationszielrichtung, wie Dr.
Kirchenberger erläutert, und kleineren
Isolationsspannungen von
2,5 bis 4 kV. Was noch aussteht,
ist der VDE-Stempel für die Coreless-Transformer-Technik
für die
sichere Trennung. Letztlich geht
es dabei nur noch darum, dass die
Oxidschichten die 10 kV zuverlässig
sperren. »IC-Designer und
-Technologen denken normalerweise
ja nicht in Spannungen, die
größer sind als 100 V«, erläutert
der Infineon-Manager, »10 kV sind
da eine ganz andere Welt für diese
Leute, und diese Herausforderung
wurde von uns zu Beginn
schlicht unterschätzt«. Hierholzer
ist aber zuversichtlich, dass bald
auch noch die letzten Tests bestanden
werden. Schließlich habe
die Natur beim Wettbewerber
Analog Devices schon mal »Ja«
gesagt, »es ist also technisch möglich
und auch wir werden noch
unseren VDE-Stempel erhalten«.
Die Probleme der Zertifizierung
sind Dr. Heidrich und Wieder
bestens bekannt. Sie rechnen
Infineon stellt dritte SiC-Dioden-Generation vor, ST tritt in den Markt ein
Mitte Februar dieses Jahres hat Infineon seine
dritte Generation von Schottky-Dioden auf Siliziumkarbid-(SiC-)Basis
in Form von 600- und 1200-
V-Modellen auf den Markt gebracht. Im Vergleich
zu den thiQ!-SiC-Didoden der zweiten Generation
weist die dritte Generation um etwa 40 Prozent
niedrigere Kapazitäten auf, was in der weiteren
Verringerung der Schaltverluste resultiert. In einer
mit 250 kHz arbeitenden PFC-Stufe mit 1 kW
Leistung erhöht sich damit nach Angaben von Infineon
beispielsweise der Gesamtwirkungsgrad
bei 20 Prozent Ausgangslast um 0,4 Prozent. Da
der Einsatz höherer Schaltfrequenzen die Verwendung
kleinerer und preiswerterer passiver Bauelemente
ermöglicht, werden sich mit der neuen
SiC-Dioden-Generation die Systemkosten in einigen
Schaltnetzteil-Applikationen um bis zu 20
Prozent reduzieren lassen.
Fast zeitgleich hat Anfang Februar dieses Jahres
STMicroelectronics seine Ankündigungen wahr
gemacht und ist mit zwei 600-V-SiC-Schottky-Dioden
auf den Markt gekommen. Auch wenn Infineon
bereits seit 2001 SiC-Schottky-Dioden anbietet
und damit über die größte Erfahrung aller
Leistungshalbleiterhersteller am Markt verfügt,
so herrscht bei den Modulspezialisten unter den
Diskussionsteilnehmern doch die einheitliche
Meinung, »dass SiC jetzt gerade mal am Markt angekommen
ist«, wie es etwa Werner Obermaier,
Head of Product Marketing Power Modules & Hybrids
bei Vincotech, ausdrückt. Genauso sieht es
sein Kollege Thomas Grasshoff, Head of Product
Management bei Semikron: »SiC ist in der Industrie
angekommen, alle unsere Kunden experimentieren
inzwischen damit, um zu sehen, welche
Vorteile ihnen dieses Material bietet«.
Ein durchschlagender Markterfolg dürfte nach
acht Jahren aber anders aussehen. Die Gründe,
warum SiC nach wie vor nur ein Nischendasein
fristet, sind schnell gefunden: »Der Kunde kauft
kein Siliziumkarbid, und er kauft auch keine tolle
Technik«, versichert Obermaier, »der Kunde
kauft Funktionalität, und die lässt sich auf Kundenseite
bislang offenbar kostenmäßig nur im Bereich
Solarinverter im größeren Umfang darstellen«.
Für Claus A. Petersen, Vice President & General
Manager von Danfoss Silicon Power, wurden
potentielle Kunden über die Jahre durch immer
wiederkehrende Meldungen über die bevorstehende
Marktreife entsprechender Produkte
und damit verbundener günstiger Preise für SiC-
Lösungen vergrault: »Kein Zweifel, das ist ein tol-
Berthold Dücker,
International Rectifier
» Ausgehend von unserem ersten
GaN-Schalter, der in diesem Herbst
auf den Markt kommt, werden wir in
den kommenden zwei bis drei Jahren,
auch Produkte mit Sperrspannungen
von 600 und 1200 V vorstellen. «
les Produkt, aber der Preis stimmt halt nicht, und
Infineon wäre besser schon vor einigen Jahren auf
größere Wafer umgestiegen, um die Kosten zu
senken«. Er verweist darauf, dass es auch bei seinem
Unternehmen durchaus Kunden gegeben habe,
die von SiC begeistert waren und das auch
eingesetzt haben, nur sind sie inzwischen wieder
aus dieser Technologie ausgestiegen. »Die verkaufen
heute zwei Versionen ihres Produkts, eine
mit und eine ohne SiC«, erzählt er, »verkaufen
lässt sich nur die ohne, die SiC-Lösungen stehen
dafür im Schaukasten«.
Die Erklärungen dafür, warum es so lange gedauert
hat, bis sich mehrere Anbieter zum Einstieg in
diesen Markt entschlossen haben, hängt mit der
nicht so einfachen Herstellung und Verarbeitung
des Materials zusammen: SiC weist eine einkristalline
Struktur auf. Das Material lässt sich nur äußerst
schwer verarbeiten, und es gelang den in
diesem Bereich tätigen Unternehmen offenbar
nur sehr langsam, die Defect-Densitiy beim Übergang
auf größere Wafer-Diameter in den Griff zu
bekommen. So berichtet Robert Wiatr, Marketing
Manager für Power Semiconductors bei der Seimconductor
Division von Mitsubishi Electric, dessen
Unternehmen seit fünf Jahren an SiC-Lösun-
www.elektroniknet.de

Claus A. Petersen,
Danfoss Silicon Power
» Alles was »Grün« ist, läuft auch in
der Krise. Teilweise ist sogar zu
erwarten, dass die diesbezüglichen
Investitionen in Infrastrukturmaßnahmen
in Zukunft ein noch
höheres Niveau erreichen werden. «
damit, dass auch der »Sichere Halt«
(STO) einige Probleme für der Halbleiterspezialisten
bei der Zertifizierung
mit sich bringen wird. Ob eine
in Silizium gegossene Funktion dieser
Art jedoch in nächster Zeit wirklich
von den Kunden nachgefragt
wird, bezweifelt Robert Wiatr, Marketing
Manager für Power Semiconductors,
Semiconductor Division bei
www.elektroniknet.de
Automatisieren
Robert Wiatr,
Mitsubishi Electric
gen arbeitet, dass Mitsubishi in zwei Jahren mit SiC-Lösungen
auf den Markt kommen wird, »allerdings weniger
mit 600-V-Produkten, die bei uns nicht so gefragt
sind, sondern mit 1200-V-Versionen und langfristig mit
noch höheren Spannungen bis 6,5 kV«. Dr. Ulrich Kirchenberger,
Senior Market Development Manager Energy
Efficiency & Global Program Lightning Multi System
Market Competence Center Europe bei ST, kündigt in diesem
Zusammenhang übrigens erste Samples für SiC-
MOSFETs aus seinem Haus für 2011 an. Ein Produkt, das
sicher nicht nur Antriebshersteller interessieren dürfte.
Zwar berichtet Obermaier, dass es inzwischen beim Thema
SiC auch Anfragen aus dem Bereich Industrie-Inverter
gibt, doch Dr. Peter R. Heidrich, Leiter Entwicklung
Antriebe und Prokurist bei Baumüller, macht klar, dass
der Einsatz neuer Materialien in Form von SiC- oder GaN-
Schaltern und -Modulen letztendlich immer davon abhängt,
ob man sich zu darstellbaren Kosten verbessern
kann. »Da geht es letztlich immer um die Themen Bauraum
und Verluste«, versichert er, »zudem fährt man im
Antriebsbereich ungern Single-Source-Strategien, denn
wir liefern unsere Produkte teilweise bis zu 20 Jahre
lang an Kunden und brauchen deshalb eine gewisse Stabilität
in der Beschaffung, die sich am einfachsten gewährleisten
lässt, wenn wir Komponenten einsetzen, die
von mehreren Leistungshalbleiterherstellern angeboten
werden«.
Leistungselektronik
» Im Bereich der Traktion bewegen wir
uns in Europa in einem besseren Umfeld
als in Japan. Auch Projekte wie Offshore-
Windparks sorgen dafür, dass wir unser
Budget für 2009 nur im geringen
Umfang revidieren können. «
Mitsubishi Electric, etwas. »Als wir
letztes Jahr diesbezüglich an unsere
Kunden herangetreten sind, war
die Ansicht dort: Das machen wir
selbst, da brauchen wir heute noch
keine Halbleiter, die diese Funktion
übernehmen«.
Genau an diesem Punkt wird
sich wohl in Zukunft die Differenzierung
zwischen den verschiede-
Die unabhängige Wochenzeitung für Elektronik
Martin Hierholzer,
Infineon Technologies
» Wir sehen wirklich Potenzial, um die
Kosten für SiC zu senken. Wir sind in
diesem Jahr auf eine 100-mm-Wafer-Fertigung
übergegangen, und bis GaN in
Serie geht, bin ich sicher, werden wir auf
6-Zoll-Wafern fertigen. «
nen Antriebsherstellern abspielen.
»Wenn wir ein solches Bauteil von
den Leistungshalbleiterherstellern
erhalten«, so Dr. Heidrich, »bekommen
wir eine fertige Lösung und
müssen uns nicht bei jeder Entwicklung
einer mühevollen Zertifizierung
unterziehen«. Für die Antriebshersteller
bedeutet das eine dramatische
Kürzung ihrer Entwicklungs-
Martin Hierholzer, Vice President & General Manager Industrial
Power Semiconductors bei Infineon Technologies,
widerspricht der These, Infineon habe angesichts
der Marktvorstellung von GaN-Lösungen durch International
Rectifier zu lange mit Maßnahmen zur Reduzierung
der SiC-Preise gewartet. »Wir haben uns auch
GaN angesehen, und wir sehen wirklich ein Potenzial,
um die Kosten für SiC runterzubekommen«, versichert
er, »wir sind in diesem Jahr auf 100-mm-Wafer gegangen,
und ich behaupte mal: Wenn GaN in Serie geht, werden
wir auf 6-Zoll-Wafern fertigen«! Auch das Argument, GaN
biete vergleichbare Performance wie SiC zu einem Fünftel
des Preises, lässt er nicht gelten: »Dieser Vergleich
aus einer Studie bezieht sich auf die Situation 2008/09.
Wenn GaN wirklich am Markt sein wird, dann sieht das
anders aus.«
Hierholzer räumt GaN zudem vor allem Chancen im Bereich
hoher Schaltfrequenzen ein. Wenn es um den Leistungsbereich
geht, bezweifelt er, dass GaN das richtige
Material ist: »Das mag bei 600 V noch in Ordnung sein,
aber uns interessieren vor allem Werte von 1200 oder
1700 V, und dann sind dann schon dickere Schichten notwendig.«
Im diesem Leistungsbereich komme es zu
Spannungen im Material, und bei Infineon sei man zu der
Überzeugung gekommen, GaN sei dafür einfach nicht
das richtige Material, »zudem ist SiC einfach GaN um fünf
bis zehn Jahre voraus«. (eg)
Sonderheft Automatisierung & Messtechnik März 2009 9
>

Automatisieren
zeiten und damit verbunden der
Entwicklungskosten. »In Silizium
ist einfach die höchste Integration
möglich«, begründet Dr. Heidrich
seine Favorisierung dieser
Lösung, »ich gehe zudem davon
aus, dass die Funktion einer in Silizium
gegossenen STO durch die
ab Ende dieses Jahres geltende
neue Maschinenrichtlinie weiter
gefördert wird«.
Die Krise als Chance? Natürlich
ergebe sich die Möglichkeit,
jetzt die Anwender mit neuen
Produkten zu überzeugen, versichern
die Diskussionsteilnehmer,
so wird etwa allein ST in diesem
Jahr mit einer, soweit sich Dr. Kirchenberger
erinnern kann, »historisch
hohen Zahl an neuen Produktlösungen
für den Industrieelektronik-Bereich
auf den Markt
kommen«, trotzdem bezweifeln
die Diskussionsteilnehmer dass
vor dem Hintergrund der Krise
grundlegende Technologieanstrengungen,
etwa zur weiteren
Erhöhung der Junction-Temperatur,
nun vorgezogen werden.
Hierholzer wendet ein, dass die
Ressourcen in den F&E-Abteilun-
Leistungselektronik
gen dafür nicht ausreichen würden,
»wir haben vielleicht im Bereich
der Prozessentwicklung derzeit
etwas mehr Luft, aber es werden
derzeit keine neuen Entwickler
mit dem Ziel eingestellt, in der
Krise den Innovationsdruck zu erhöhen«.
Projekte wie eine Erhöhung
der Junction-Temperatur seien
langfristige Vorhaben, pflichtet
ihm Dr. Kirchenberger bei, »die
kann ich in der Krise nicht einfach
beschleunigen, da kann ich,
wenns hoch kommt, vielleicht
noch ein halbes Jahr Entwicklungsvorsprung
rausholen«.
Die Erfahrungen mit der Erhöhung
der Junction-Temperatur
von 150 °C auf 175 °C bei IGBT-
Modulen hat für Werner Obermaier,
Head of Product Marketing
Power Modules & Hybrids bei
Vincotech, gezeigt, dass ein solcher
Schritt sehr komplex ist. »Natürlich
freut sich der Anwender,
wenn er auf einmal im gleichen
Bauvolumen einen Motor mit
doppelter Leistung betreiben
kann«, gibt er seine Erfahrungen
wieder, »aber um das zu errei-
10 Sonderheft Automatisierung & Messtechnik März 2009 Die unabhängige Wochenzeitung für Elektronik
chen, bedarf es einer wesentlich
komplexeren Lösung als nur der
Erhöhung der Junction-Temperatur
durch die Halbleiterhersteller,
wenn der Kunde diesen Vorteil
auch wirklich nutzen können
soll«. Es ist vor allem der Streß,
dem Module durch diesen Schritt
ausgesetzt sind. Auch wenn die
Modulhersteller inzwischen einiges
auf der Packaging-Seite getan
haben, um den Streß zu reduzieren:
Der Mehrnutzen, den die Erhöhung
der Junction-Temperatur
dem Anwender bietet, pflichtet
Obermeier sein Kollege Grasshoff
bei, »ist nicht allein durch den
Modulhersteller darstellbar«.
In der Vergangenheit, so Obermaier,
waren die Grenzen für den
Moduleinsatz jedem bekannt, »inzwischen
wurden einige dieser
Grenzen verschoben, und für den
Anwender bedeutet das: Wenn er
diesen Vorteil nutzen will, muss
er an anderen Stellen eben mehr
aufpassen«. Natürlich bietet auch
Vincotech die 175 °C an, »das ist
kein Thema, aber die Art und
Weise, wie ich das einsetze,
macht auf der Anwenderseite die
Galiumnitrid: IR bringt 2009 erstes Produkt auf den Markt,
ST entwickelt 600-V-Diode
Nach fünf Jahren Entwicklung und über 100 Mio.
Dollar Entwicklungsgeldern war der große Augenblick
für Internatioal Rectifier auf der electronica
2008 gekommen. IR-CEO Oleg Khaykin
ließ es sich nicht nehmen, die GaN Power Device-Technologie-Plattform
»GaNpowIR« seines
Unternehmens selbst auf der Messe vorzustellen.
Inzwischen ist man, wie Berthold Dücker,
Vice President European Sales und Managing Director
bei IR, erläutert, schon weiter gekommen:
»Im April bringen wir erste Prototypen eines GaN-
Schalters für niedrige Spannungen, der vor allem
im Serverbereich zum Einsatz kommen wird,
auf den Markt«, berichtet er, »am Markt erhältlich
sein wird das Produkt dann im Herbst«.
Doch das wird nur der erste Schritt sein. Als
nächstes wird an Produkten mit Sperrspannungen
von 150/200 V gearbeitet. Darauf werden
dann 600-V-Versionen folgen, danach will man
dann langsam auf 1200 V hochgehen. Den Zeitraum
für diese Entwicklungsschritte gibt Dücker
mit zwei bis drei Jahren an. Er ist vom Markterfolg
der GaN-Technologie überzeugt: »Wir haben
eine 600-V-GaN-Diode gegen ein SiC-Pendant getestet,
und sie wies genau dieselben Eigenschaften
auf«, versichert er, »aber auf der Kostenseite
schlug die GaN-Diode nur mit einem Fünftel
der SiC-Lösung zu Buche«. Natürlich, fügt er hinzu,
müsse man sich genau überlegen, welche
Marktsegmente man mit dieser Technologie am
Anfang bediene: »Leistungsdichte ist da ein ganz
wichtiges Kriterium, und deshalb geht das erste
Produkt auch in einen DC/DC-Konverter hinein,
hinter dem entsprechende Volumina stehen«.
Zwar bezweifeln die anwesenden Diskussionsteilnehmer,
das sich IR bei der Vermarktung der
GaN-Technologie wirklich mit einem Fünftel vergleichbarer
SiC-Lösungen zufrieden geben wird,
Einigkeit herrscht aber darüber, dass IR den Vorteil
des geschlossenen Kreislaufes auf seiner Seite
hat und deshalb kein Know-how nach draußen
geben muss. GaN wächst auf einem Standardsubstrat
auf und weist anders als SiC keine einkristalline
Struktur auf. GaN ist damit also leichter
herzustellen und zu prozessieren. Dass aber
auch dieses Material seine Tücken hat, kann man
bei STMicroelectroncis durchaus bestätigen.
Dort wird nach Aussage von Dr. Ulrich Kirchenberger,
Senior Market Development Manager
Energy Efficiency & Global Program Lightning
Multi System Market Competence Center Europe
von ST, an Dioden auf GaN-Basis gearbeitet.
Mit einer Markteinführung dieser Produkte rechnet
er aber nicht vor 2011.
Musik«. Ein Beispiel, was sich
durch die Erhöhung der Design-
Temperatur auf +175 °C erreichen
lässt, gibt Dr. Heidrich: »Wir
haben eine Lösung für einen Kunden
gefunden, in der wir konsequent
auf Wasser für die Kühlung
gesetzt haben«, berichtet er, »das
hat den Ampere-Motorstrom pro
Liter entscheidend erhöht, und
nur das ist die Größe, die der Kunde
wirklich sieht«.
Die Erfahrungen mit der Erhöhung
der Junction-Temperatur
auf +175 °C haben auch bei Infineon
die Einsicht reifen lassen,
dass es wenig Sinn macht, dem
Kunden ein Produkt anzubieten,
dass ihm, wenn er es ausnutzt,
Einbußen bei der Lebensdauer
seiner Produkte beschert. »Das
dürfen wir nicht machen. Wenn
wir ihm ein solches Produkt anbieten,
dann muss er das auch
ausnutzen können«, versichert
Hierholzer, »spätestens bei der
nächsten IGBT-Generation muss
das da sein, wenn nicht, wird das
ein Flop«.
»Wenn wir in der nächsten Generation
auf +200 °C gehen, dann
Dückers Einschätzung, dass die industrielle Antriebstechnik
aufgrund ihrer konservativen Haltung
gegenüber neuen Technologien sicher zu
den letzten Anwendern von GaN zählen wird, will
Dr. Peter R. Heidrich, Leiter Entwicklung Antriebe
und Prokurist bei Baumüller, so nicht gelten
lassen und wird dabei auch von seinem Kollegen
Claus Wieder, zuständig für Sales Global Marketing
& Engineering bei SEW Eurodrive, unterstützt.
Ihr Einwand: Es kommt auf den Nutzen an,
den ein solcher Schalter oder ein solches Modul
dem Antriebsmarkt bieten würde. »Wenn man da
zu darstellbaren Kosten die Performance etwa
in punkto Bauraum, oder bei den auftretenden
Verlusten verbessern kann«, so Dr. Heidrich,
»dann ist der Einsatz neuer Technologien immer
ein Thema«.
Aus Sicht von Wieder kommt GaN zur richtigen
Zeit auf den Markt: »Jetzt haben unsere Kunden
im Bereich Maschinen- und Anlagenbau auch
wieder die Zeit, sich neue Technologien und
Lösungen anzusehen, die eventuell zur Performance-Steigerung
ihrer Produkte beitragen können,
»meint er, »in Zeiten der Hochkonjunktur
wäre das, so interessant eine neue Technologie
auch immer sein mag, deutlich schwieriger gewesen«.
(eg)
www.elektroniknet.de
>

Automatisieren
Dr. Ulrich Kirchenberger,
STMicroelectronics
» Wir haben unsere Ankündigung
eingehalten und in diesem Jahr SiC-
Dioden vorgestellt. Bis 2011 werden
erste Samples von SiC-MOSFETs zur
Verfügung stehen, parallel dazu
arbeiten wir an der Entwicklung von
600-V-Dioden auf GaN-Basis. «
wird das dort eine andere Aufbautechnik
geben, damit der Anwender
diese höhere Junction-Temperatur
auch wirklich nutzen kann«,
versichert Grasshoff, »einer unserer
Ansätze in dieser Richtung ist
das Silbersintern, das nächste
wird sein, die Bondverbindungen
zu ersetzen, damit wir die höhere
Zyklen- und Lastfestigkeit ausnutzen
können«. Petersen stimmt
zu: »Bevor wir die entsprechende
Aufbau und Verbindungstechnik
nicht haben, werden wir die höhere
Junction-Temperatur nicht
nutzen können. Laut Obermaier
beschäftigt sich Vincotech im Labor
ebenfalls mit Silbersintern,
doch das sei aus heutiger Sicht
»eine super Technologie, zu schönen
Kosten«. Unabhängig davon
ist Hierholzer zuversichtlich, dass
die Revolution im Packageingbereich
rechtzeitig erfolgen wird, bevor
2011 die IGBT-4-Generation
mit +200 °C Junction-Temperatur
auf den Markt kommt.
Mode-Thema oder nachhaltige
Entwicklung? Fördern die sinkenden
Rohöl- und Energiepreise die
Abkehr vom Ziel eines möglichst
effizienten Umfangs mit elektrischer
Energie? Wieder und Dr.
Heidrich jedenfalls können keinen
Rückwärtschwenk bei ihren
Kunden feststellen: »Gerade jetzt
ist die Phase, wo bei Maschinenund
Anlagenbauern konkrete Pro-
Leistungselektronik
Claus Wieder,
SEW Eurodrive
» Der Einsatz der drahtlosen
Datenübertragung kommt aus dem
Anlagenbereich, die einige hundert
Meter lang und breit sind. Jeder nicht
verlegte Meter Kabel spart dort Geld.
Das ist im Maschinenbau
natürlich anders. «
jekte laufen diese Produkte einzudesignen«,
versichert Wieder, »inzwischen
propagieren immer
mehr Firmen das Ziel der „Green
Maschine“«. Natürlich würden
Wirtschaftlichkeitsberechnungen
verlangt, um den Mehrnutzen zu
belegen, doch wenn man neben
den elektrischen auch mechanische
Dinge optimiere, erläutert
Wieder, »wie beispielsweise Getriebe
und Kraftkopplungselemente,
dann bekommen Sie Effekte
von bis zu 50 Prozent Energiegewinn
nach dem Austausch
eines alten Antriebs«.
Dass das Thema inzwischen
wirklich bei den Maschinenbauern
angekommen ist, hat für Dr.
Heidrich auch mit der starken Exportorientierung
dieser Branche
zu tun. »Dabei spielt auch eine
Rolle, dass Energiekosten im Ausland,
im Vergleich zu den Kosten
einer Arbeitskraft, ein viel wichtigerer
Faktor sind als bei uns«,
gibt er seine Erfahrungen wieder,
»da ist es wirklich ein Differenzierungsmerkmal
für unsere Kunden,
wenn ihre Maschine einige
Liter Diesel weniger zur Herstellung
eines Produkts benötigt als
die des Wettbewerbs«. Höhere
Effizienz und geringerer Energieverbrauch
sind für ihn auch die
Hauptbeweggründe, warum inzwischen
immer häufiger auch
Gleichstromantriebe mit hohen
12 Sonderheft Automatisierung & Messtechnik März 2009 Die unabhängige Wochenzeitung für Elektronik
Dr. Peter R. Heidrich,
Baumüller
» Aus Sicht des Maschinenbauers
stellt die Mechatronik die
konsequenteste Hochintegration der
Energiewandlung dar. Er kann sein
System so klein und kostengünstig
wie nur irgend möglich
realisieren. «
Leistungen von bis zu 500 kW
durch Drehstromantriebe ersetzt
werden. »Ein Thyristorsatz für 100
kW ist sicher deutlich günstiger
als IGBTs für 100 kW Drehstrom«,
schildert er die Entwicklung am
Markt, »doch auch wenn dort keine
Kostengleichheit herrscht, ist
das Thema Energie inzwischen so
wichtig, das Gleichstrom nun
auch bei hohen Leistungen rausfliegt«.
Für Wieder gewinnt das
Thema Total-Cost-of-Ownership
(TCO) bei vielen Anwendern immer
mehr an Bedeutung. Besonders
im Bereich der Automobilindustrie
tauche diese Forderung
beim Anlagenbau immer häufiger
auf, sei aber noch nicht durchgängig.
Um welche Dimensionen es
dabei geht, macht er an einem
Beispiel deutlich: »In einer Fabrik
gibt es hunderttausende von
Komponenten, die auch am fertigungsfreien
Wochenende am 24-
V-Netz hängen, deshalb liegt der
Energieverbrauch solcher Anlagen
am Wochenende gegenüber
der Produktionswoche immer
noch bei 60 Prozent«! Es sei also
dringend nötig, Industriekomponenten
zu entwickeln, die sich
auch in einen Sleepmodus versetzen
lassen. Dazu allerdings wendet
Dr. Heidrich ein, dass erst die
Maschinensteuerung umkonzipiert
werden müsste, um solche
Betriebsmodi zu ermöglichen:
»Erst wenn das Gesamtkonzept so
umgestellt ist, dass Energieeinsparung
durch Sleepmodi möglich
sind, können wird das auf die
von uns gelieferten Komponenten
herunterbrechen«.
In diesem Zusammenhang,
machen Wieder und Dr. Heidrich
auch auf das Phänomen der Überdimensionierung
aufmerksam. In
Deutschland sei es üblich, dass
sich Maschinenbauer normalerweise
eine Reserve von 30 Prozent
vorbehalten. Vor diesem Hintergrund
ist es sicherlich ungewöhnlich,
dass Baumüller im Zuge
der Junction-Temperatur-Diskussion
einen Umrichter entwickelt
hat, bei dem Nenn- gleich
Maximalstrom ist. »Der Anwender
muss sich darüber im Klaren
sein, dass da keine Reserve mehr
drin ist«, warnt Dr. Heidrich,
»wenn er etwas anderes benötigt,
muss er anders dimensionieren
oder zu einem anderen Produkt
greifen«.
Gerade angesichts der Tatsache,
dass das Thema Energieeffizienz
inzwischen wirklich bei den
Industriekunden angekommen
ist, bedauern es die Diskussionsteilnehmer,
dass es nicht gelungen
ist, die im Vorjahr vom ZVEI
vorangetriebene Innitiative einer
»Abwrackprämie« für alte Kühlund
Gefriergeräte, sowie Waschmaschinen,
nicht von Erfolg gekrönt
war. Warum die Initiative
kurz vor Beginn der Finanz- und
Wirtschaftskrise scheiterte, dafür
hat keiner der Diskussionsteilnehmer
eine Erklärung. »Vielleicht
war es dafür einfach zu früh«, lautet
die Einschätzung.
Entscheidend dürfte aber auch
gewesen sein, dass der Elektronikbranche
in Deutschland, anders
als dem Automobil- und Maschinenbau,
keine strategische
Bedeutung zukommt. Dabei wäre
der Ersatz alter Haushaltsgroßgeräte
nicht nur ein Konjunkturprogramm
für die Gerätehersteller
und ihre Zulieferer aus der
Leistungselektronikbranche gewesen,
die Modernisierung der
Haushaltstechnik hätte sich auch
nachhaltig auf den effizienten
Stromverbrauch und damit den
Geldbeutel der Verbraucher ausgewirkt.
(eg) ■
www.elektroniknet.de