Leistungselektronik und Systemtechnik für die Energieversorgung, Mobility and Urbanization / Fraunhofer IZM

Höhere Reichweiten für Elektroautos mit Siliziumcarbid

18.12.2019

Die Leistungsfähigkeit von E-Autos hängt vor allem von der eingebauten Leistungselektronik ab. Eine besondere Rolle spielen dabei Halbleiter auf der Basis von Siliziumcarbid (SiC). Denn die SiC-Chips versprechen längere Reichweite, höhere Energieeffizienz, weniger Gewicht und geringere Kosten.

© Fraunhofer IZM / Volker Mai
Eingebettetes Siliziumcarbid – im Projekt »SiC Modul« wird an neuen Aufbau- und Verbindungstechniken geforscht.
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Leistungselektronik ist das Herz der E-Mobilität. Die Faktoren Platz, Gewicht und Wirkungsgrad sind entscheidend für die Leistungsfähigkeit der E-Autos.

Beim Einbau von Elektronik für E-Autos sind vor allem die Faktoren Platz, Gewicht und Wirkungsgrad entscheidend. SiC zeigt nicht nur einen hohen Wirkungsgrad; es kann außerdem auch besonders kompakt verbaut werden. Ein entscheidender Vorteil im Vergleich zu den gängigen Halbleitern aus Silizium.

Neue Aufbau- und Verbindungstechnik

Der Schlüssel für den Erfolg von SiC liegt im Packaging. Im Projekt »SiC Modul« arbeiten neben Forschenden des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM sieben weitere Partner aus Industrie und Forschung daran, eine robuste Aufbau- und Verbindungstechnik zu entwickeln, die den Einsatz des Materials in der großindustriellen Fertigung ermöglicht. Deshalb beruht das Modul, das die Forscherinnen und Forscher entwickeln, auf einem klassischen Leiterplattenaufbau, der in der Industrie bereits etabliert ist.

Mit Einbett-Technik auf dem Weg zur Serienproduktion

Gleichzeitig fließen in das Modul neueste Erkenntnisse aus der Forschung ein: Der Halbleiter wird nicht mit einer Drahtbondverbindung kontaktiert, sondern direkt über einen galvanisch hergestellten Kupferkontakt in die Schaltung eingebettet. Auf diese Weise wird die Kabellänge verkürzt und die Leistungsführung optimiert. Auch dabei bezieht das Forschungsteam potenzielle Kunden in die Entwicklung ein: Im ersten Projektjahr wurde gemeinsam mit den Projektpartnern ein Lastenheft erstellt, in dem die elektrischen, thermischen und leistungsbezogenen Anforderungen an Modul und Halbleiter definiert wurden.

Lars Böttcher, Gruppenleiter am Fraunhofer IZM und Teilprojektleiter für das SiC-Projekt, erklärt: »Wir gehen über die generelle Machbarkeit hinaus«, denn in dem Projekt soll mehr als nur ein Prototyp entwickelt werden. Das Ziel ist es, sowohl das neue Halbleitermaterial SiC, als auch die Einbett-Technik auf den Weg zur Serienproduktion zu bringen.

Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des E-Mobility-Calls mit einem Projektvolumen von 3,89 Mio. € gefördert und läuft von Januar 2018 bis Dezember 2020.

Leistungselektronik in der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland

Das Fraunhofer IZM ist neben sechs weiteren Instituten Teil der Technologieplattform Leistungselektronik der Forschungsfabrik
Mikroelektronik Deutschland (FMD). Hier werden die Kompetenzen zu Einzelkomponenten der Institute gebündelt. Auf diese Weise wird ein Angebot über die gesamte Wertschöpfungskette der Leistungselektronik – von Geräten über die Integration bis hin zu Entwicklungen auf Systemebene – geschaffen. Dr. Andreas Grimm, Plattform-Manager für Leistungselektronik, spricht im »Interview« über die Notwendigkeit energieeffizienter Bauteile.