Tecnologías innovadoras de electrónica de alta potencia para la descarbonización
Hoy día, la tendencia hacia la digitalización y la electrificación fomenta la necesidad de una conversión rentable de la energía eléctrica. Los sistemas de electrónica de potencia y, por ende, los semiconductores de potencia constituyen los componentes fundamentales de casi todas las fuentes de energía renovable. El objetivo del proyecto Power2Power, financiado con fondos europeos, es proporcionar soluciones a los retos sociales, como la transformación verde, a través de tecnologías de transistor bipolar de puerta aislada (IGBT, por sus siglas en inglés) de silicio (Si) avanzadas y competitivas para la electrónica de alta potencia. La empresa alemana Infineon Technologies Dresden GmbH & Co. KG coordinó el proyecto, que reunió a cuarenta y tres socios de ocho países europeos. «Aunque los nuevos materiales semiconductores de potencia como, por ejemplo, el carburo de silicio (SiC) o el nitruro de galio (GaN) desempeñan un papel relevante en la transición eficiente a un suministro de energía sostenible e independiente, se prevé que los semiconductores de potencia de Si dominen el mercado más allá de 2030 —comenta Jochen Koszescha, director del paquete de trabajo 1— Aún es necesario mejorar el rendimiento y la consistencia de la cadena de valor europea de estos productos».
Dispositivos semiconductores de potencia de Si innovadores
El equipo de Power2Power logró mejoras en la fabricación rentable de lingotes de Si para obleas de 300 mm de gran calidad y alto rendimiento, lo que implica mejoras en el rendimiento de los IGBT de Si para niveles de tensión superiores a 1 700 V. Entre los resultados del proyecto Power2Power se incluyen el desarrollo de un IGBT con micropatrones de canal superior los enfoques actuales y un servicio europeo de fundición de acceso abierto que ofrece tecnología integral de aislamiento. Además, en Power2Power se combinó la investigación sobre desarrollos tecnológicos, capacidades de producción y estudios sobre fiabilidad, abordando los múltiples ámbitos de aplicación de la electrónica de potencia en automoción, industria y tracción, y se prestó especial atención a la integración de las energías renovables y la red. Esta investigación requirió el análisis de múltiples procesos de fabricación de semiconductores novedosos o mejorados para IGBT relacionados con la implantación iónica, la metalización, la optimización de dispositivos y rendimientos o la prevención de la contaminación. El equipo del proyecto logró innovar o mejorar diferentes métodos de fabricación a lo largo de la cadena de valor como, por ejemplo, la soldadura de chips sin presión, la unión por hilo, la sinterización de clips y el empaquetado automatizado. Asimismo, también es importante la puesta en práctica de conocimientos especializados en centros de trabajo industriales con el respaldo de la realidad aumentada, incluidos nuevos conocimientos desde el montaje hasta los procedimientos de mantenimiento en las líneas piloto del proyecto. Además, Power2Power introdujo nuevos segmentos de servicio para el análisis de fallos en módulos de potencia y las pruebas de materiales con respecto a los efectos del envejecimiento en módulos de potencia. El equipo del proyecto consiguió desarrollar tecnologías energéticas de alta tensión notablemente mejores a fin de reducir de forma sustancial las emisiones de CO2, al demostrar con éxito la fiabilidad y consistencia necesarias en los ámbitos de aplicación del transporte y la maquinaria. La conversión de energía alcanzó una eficiencia de más del 98 % para los convertidores y los trenes de transmisión de vehículos eléctricos. El coste de los cargadores de energía del material rodante se redujo en un 30 %, y la vida útil de los cargadores de vehículos eléctricos se aumentó 1,5 veces.
Contribuir a la posición de liderazgo de Europa en la industria de componentes y sistemas electrónicos a través del aumento de la fabricación de IGBT
El planteamiento de Power2Power para la innovación a través de la colaboración entre universidades europeas, centros de investigación y desarrollo, grandes empresas y pymes permite tanto la creación de nuevas relaciones estratégicas como el fortalecimiento de las existentes. Esto ha conllevado un crecimiento notable del ecosistema europeo de la electrónica de potencia. «Los primeros resultados del proyecto Power2Power se han abierto camino hacia una mayor industrialización y uso por parte de los posibles clientes —comenta Koszescha—. Las líneas piloto están listas para su ampliación a fin de atender las próximas necesidades de dispositivos semiconductores de potencia para lograr la independencia energética de Europa».
Palabras clave
Power2Power, semiconductores de potencia, silicio, IGBT, conversión de energía, fabricación de semiconductores, movilidad, energía renovable, reducción de emisiones de CO2, mejora de la vida útil, descarbonización, digitalización, electrificación
