Ausgabe zur PRODUCTRONICA 2019

Ausg.Nr._21/2019 17 Elektromobilität S ilizium-Carbid wird seit mehreren Jahren in der Forschung als vielver- sprechendes alternatives Ma- terial in der Halbleiter-Branche getestet. In dem Projekt SiC Mo- dul soll der Leistungshalbleiter jetzt auch auf den Weg zur in- dustriellen Fertigung gebracht werden. Skeptiker der Elektromobilität werfen kritische Fragen auf, zum Beispiel wie schnell ein E-Auto fahren und welche Strecken man damit maximal zurücklegen kann. Das hängt von der eingebauten Leistungselektronik ab – elek- tronisch gesehen das Herz der Elektromobilität. Beim Einbau der Leistungselektronik sind drei Faktoren entscheidend: Platz, Gewicht und Wirkungsgrad. Das Halbleitermaterial Silizium-Car- bid (SiC) erfüllt diese Bedingun- gen, denn es hat einen höheren Wirkungsgrad und kann bzw. muss kompakter verbaut werden als gängige Halbleiter aus blo- ßem Silizium. Zwar fahren bereits vereinzelt E- Autos mit SiC Halbleitern, doch besteht hier noch erhebliches Potential, die Effizienz des SiC Halbleitermaterials voll auszu- schöpfen. Der Schlüssel für den Erfolg von SiC liegt im Packaging der Halbleiter. Um das Material auch für die großindustrielle Fer- tigung zu verwenden, werden in dem Projekt SiC-Modul-Rahmen- bedingungen aus der Industrie von Anfang an mitgedacht. Zum Beispiel beruht das Modul, das Forscherinnen und Forscher am Fraunhofer IZM entwickeln, auf einem klassischen Leiterplatten- aufbau, wie er in der Industrie bereits etabliert und leicht um- setzbar ist. Gleichzeitig werden in demModul die neuesten Erkenntnisse aus der Forschung verbaut: Der Halb- leiter wird nicht mit einer Draht- bondverbindung kontaktiert, son- dern direkt über einen galvanisch hergestellten Kupferkontakt in die Schaltung eingebettet, so dass die Kabellänge verkürzt und die Leistungsführung optimiert wer- den kann. Auch dabei bezieht das Forscherteam den potenziellen Kunden in die Entwicklung ein: Im ersten Projektjahr wurde ein Las- tenheft erstellt, in dem die elektri- schen, thermischen und leistungs- fähigen Anforderungen an Modul und Halbleiter definiert wurden. Die Spezifikationen, die das Pro- dukt erfüllen muss, haben die Forschenden in enger Zusammen- arbeit mit Anwendern wie Automo- bilherstellern, Baugruppenzulie- ferern und Baugruppenfertigern aufgestellt und abgestimmt. Lars Böttcher ist Gruppenleiter am Fraunhofer IZM und Teilpro- jektleiter für das SiC-Projekt. Er erklärt: »Wir gehen über die generelle Machbarkeit hinaus«, denn in dem Projekt soll mehr als nur ein Prototyp entwickelt werden. Das Ziel ist daher, so- wohl das neue Halbleitermateri- al Silizium-Carbid, als auch die Einbett-Technik auf den Weg zur Serienproduktion zu bringen. Das Projekt wird vom Bundes- ministerium für Bildung und Forschung im Rahmen des E-Mo- bility-Calls mit einem Projektvolu- men von 3,89 Millionen Euro ge- fördert und läuft von Januar 2018 bis Dezember 2020. Neben dem Fraunhofer IZM sind sieben weitere Partner an dem Projekt beteiligt.  Text & Bild: Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Hansastraße 27 c D-80686 München Zuverlässige Leistungselektronik für die Elektromobilität Fraunhofer IZM setzt das E-Auto auf die Überholspur © Volker Mai/Fraunhofer IZM Eingebettetes Silizium-Carbid auf dem Weg zur Serienproduktion in der Elektromobilität. »Wir gehen über die generelle Machbarkeit hinaus«