Das allgemeine Ziel des angestrebten Projekts ist die Entwicklung einer innovativen Gesamttechnologie zur Herstellung von Leistungsbaugruppen für die Antriebstechnik in Elektrofahrzeugen. Im Rahmen des Projektkonsortiums entwickelt ILFA ein Logikmodul mit eingebetteten diskreten Bauelementen zur Steuerung der Leistungskomponenten und eine Hochstromleiterplatte mit hocheffizienter Wärmesenke. Weiterhin wird ILFA mittels Sintertechnologie die einzelnen, im Verbundprojekt EmPower entwickelten Komponenten, zu einem thermisch optimierten und vollständig integrierten System zusammenfügen.
Ziel ist die Erforschung eines zuverlässigen und wirtschaftlichen Aufbaukonzeptes für die Antriebselektronik von Motoren mit geringer Baugröße, sodass eine Montage direkt am Elektromotor möglich ist. Der Weg der Zielerreichung geht über 8 Arbeitspakete und den begleitenden Zuverlässigkeitsuntersuchungen. Nach Erstellung der Spezifikationen erfolgt auf Basis der Zuarbeit der Material- und AVT-Entwicklung die Umsetzung der Modulintegration und Erstellung der Steuermodule. Anschließend erfolgt ein Demonstratorenaufbau für den Automobilbereich. Ein neuer Ansatz für die Ansteuerung eines Elektromotors, basierend auf dem Einbetten (engl. Chip Embedding) von Leistungshalbleitern mittels Standardleiterplattenverfahren, wurde durch die SCHWEIZER Electronic AG aus Schramberg entwickelt. Basierend auf der Smart p2 Pack® Technologie von SCHWEIZER wurden Leistungshalbleiter und Dioden auf ein Leadframe mit Kavitäten bestückt, mittels thermisch leitfähiger Materialien eingebettet und durch Microvias galvanisch ankontaktiert. Durch das Smart p2 Pack® lassen sich Vorteile beim Design, in der Zuverlässigkeit und in der thermischen und elektrischen Performance erreichen, was durch Standardtechnologien in dieser Größenordnung nicht möglich wäre. Im Projekt konnten die Grundlagen für diese Technologie gelegt werden. Sie bilden die Basis für weitere kundenspezifische Vorentwicklungen. Es wird davon ausgegangen, dass ein Transfer in die Serienproduktion ab 2018 angestrebt werden kann.
Vorhabenziel: Das übergreifende Ziel des Projekts HI-LEVEL ist die Erforschung eines neuartigen Aufbaukonzepts für die Antriebselektronik von Motoren in Elektrofahrzeugen. Ziel der Forschung ist, dass der gesamte Aufbau kompakt mit geringer Baugröße erfolgen kann, so dass eine Montage direkt am Elektromotor möglich ist. Die Basis für die Forschungen bietet eine Hochstromleiterplatten-Technologie mit strukturiertem Cu-Kern von 1 - 4 mm Stärke. Der Cu-Kern bietet einen sehr geringen elektrischen Widerstand verbunden mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Die Leistungshalbleiter (IGBTs, Dioden) werden direkt auf dem Kern montiert. Die Kontaktierung der Halbleiteroberseiten erfolgt durch eine Cu-Leiterplattenlage mittels Einbett-Technik. Die erforderliche Ansteuerelektronik wird in separate Leiterplattenmodule planar eingebettet, welche auf dem Leistungsmodul montiert werden. Arbeitsplanung: Entsprechend den neuen Aufbaumöglichkeiten sollen IGBTs im Vorhaben weiter erforscht werden, z. B. durch modifizierte Oberflächen und integrierte Temperatursensoren. Infineon setzt bei den IGBT's und Sensoren mit seinen Forschungsarbeiten an. Die Metallisierung der Oberflächen der Leistungshalbleiter und die monolithische Integration der Sensorik zur Temperaturüberwachung, abgestimmt auf das Gesamtsystem und dessen Anforderung der direkten Montage am Elektromotor, sind die Kernthemen von Infineon.
Das übergreifende Ziel des Projekts HI-LEVEL ist die Erforschung eines neuartigen Aufbaukonzepts für die Antriebselektronik von Motoren in Elektrofahrzeugen. Der gesamte Aufbau soll kompakt mit geringer Baugröße erfolgen, so dass eine Montage direkt am Elektromotor möglich ist. Die Basis hierfür bietet eine Hochstromleiterplatten-Technologie mit strukturiertem Cu-Kern. Im AP1 werden zunächst die Anforderungen und Spezifikationen des aufzubauenden Systems festgelegt. Anschließend (AP2) werden Systemkonzepte zu Schaltungen d.h. insbesondere leistungselektronische Topologien festgelegt. Leistungshalbleiter werden auf Bauteilebene analysiert und mit der Erforschung neuer Verbindungsmaterialien abgestimmt. Hierbei wird die parallele Bereitstellung einer leistungsfähigen Aufbau- und Verbindungstechnik eine wichtige Rolle spielen. Es ist ebenfalls die Modulintegration in Hochstromleiterplattentechnik bis hin zum Transfer der neuen Erkenntnisse in industriell nutzbare Prozesse vorgesehen. Eine abschließende Bewertung der Robustheit erfolgt ebenso wie Messungen an Testvehikeln in enger Abstimmung des Konsortiums.
Das Ziel von HI-LEVEL ist die Erforschung eines neuartigen Aufbaukonzepts für die Antriebselektronik von Motoren in Elektrofahrzeugen. Der Aufbau soll kompakt mit geringer Baugröße erfolgen, so dass eine Montage direkt am Motor möglich ist. Die Basis bietet eine Hochstrom-LP-Technologie mit strukturierten Cu-Kernen von 1-4mm Stärke. Die Leistungshalbleiter werden direkt auf dem Kern montiert. Die Kontaktierung der Chipoberseite erfolgt durch eine Cu-Leiterplattenlage in Einbett-Technik. Die erforderliche Ansteuerelektronik wird in separate LP-Module planar eingebettet, welche auf dem Leistungsmodul montiert werden. Entsprechend den neuen Aufbaumöglichkeiten sollen IGBTs weiterentwickelt und variiert werden (modifizierte Oberflächen, integrierte Temperatursensoren). Massives Cu im Leiterplattenkern erlaubt eine sehr gute Wärmeabfuhr; das Problem dabei ist jedoch die potentialfreie Anbindung an den Kühler. Ziel ist einen mit Al2O3-DCBs vergleichbaren Wärmewiderstand zu erreichen. Darüber hinaus soll im Rahmen des Projektes die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit anhand von Demonstrator-Schaltungen verifiziert werden. Die hochkompakte Motorsteuerung in HI-LEVEL LP-Technologie hat eine hohe Produkt- und Fertigungsrelevanz. Projektergebnisse könnten direkt verwertet werden. Insbesondere auch wegen des zu erwarteten Kostenvorteils gegenüber der etablierten Aufbautechnik (DCB-Substraten). Die hochkompakte Bauform hochbeanspruchten Leistungselektroniken (Leistung-und Logikmodule in einem Schaltungsträger) und deren innovatives Aufbaukonzept erhöht die Produktlebenszeit, führt zu mehr Sicherheit und vermindert Verlustleistungen. Erzielte Volumen- und Gewichtseinsparungen (reduzierte Bauhöhe der Umrichter), liefern zudem einen Beitrag Emissionen zu senken.
Die wesentliche Komponente im Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs ist der Wechselrichter. Ziel ist es den Wechselrichter in kompakter Bauform zu erhalten, um ihn bei höchster Anforderung an dessen Zuverlässigkeit direkt am Motor zu integrieren. Insbesondere bei Hybridfahrzeugen ist eine deutliche Verringerung des Bauvolumens für eine flexible und montagefreundliche Systemauslegung dringend erforderlich. Neben den Anforderungen an elektrische Zuverlässigkeit, Energieeffizienz, hohe Lebensdauer und kompakte Bauweise besteht auch ein hoher Druck, die Herstellungskosten niedrig zu halten. Dies soll durch den Einsatz kostengünstiger Leiterplatten erreicht werden. Die Schwerpunkte der Arbeiten der Daimler AG im Projekt sind die Definition der Kfz-Anforderungen an einen Demonstrator, die Optimierung des Einbau- und Entwärmungskonzepts, die Bewertung unterschiedlicher Leistungsendstufen, sowie die Validierung des Demonstratoraufbaus.
Das übergreifende Ziel des Projekts HI-LEVEL ist die Erforschung eines neuartigen Aufbaukonzepts für die Antriebselektronik von Motoren in Elektrofahrzeugen. Der gesamte Aufbau soll kompakt mit geringer Baugröße erfolgen, so dass eine Montage direkt am Elektromotor möglich ist. Die Basis für dieses neuartige Aufbaukonzept für die Antriebselektronik von Motoren in Elektrofahrzeugen bietet eine Hochstromleiterplatten-Technologie mit strukturiertem Cu-Kern von 1-4 mm Stärke. Der Cu-Kern bietet einen sehr geringen elektrischen Widerstand verbunden mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Die Leistungshalbleiter (IGBTs, Dioden) werden direkt auf dem Kern montiert. Die Kontaktierung der Halbleiteroberseiten erfolgt durch eine Cu-Leiterplattenlage mittels Einbett-Technik. Die erforderliche Ansteuerelektronik wird in separate Leiterplattenmodule planar eingebettet, welche auf dem Leistungsmodul montiert werden.
Ziel des Projekts HI-LEVEL ist die Erforschung eines neuartigen Aufbaukonzepts für die Antriebselektronik von Motoren in Elektrofahrzeugen. Der gesamte Aufbau soll kompakt mit geringer Baugröße erfolgen, so dass eine Montage direkt am Elektromotor möglich ist. Die Basis hierfür bietet eine Hochstromleiterplatten-Technologie. Im Teilprojekt Zuverlässigkeit der AMIC GmbH werden durch Virtual Product Engineering mittels FE-Simulation in Kombination mit experimenteller Materialdatenbestimmung Zuverlässigkeitskonzepte entwickelt. Im Sinne des Design for Reliability werden projekt- und technologiebegleitend offene Fragestellungen der Zuverlässigkeit adressiert und zielgerichtet abgearbeitet. Die Bewertung der Zuverlässigkeit der Hochstromleiterplatten-Technologie mit den vorhandenen hohen Temperaturgradienten und Spannungssingularitäten als auch die geplanten Niederdruck-Sinterverbindungen und Diffusions-Lotverbindungen werden dabei im Fokus der Untersuchungen stehen. Im AP9 (Leitung AMIC) steht vor allem das Virtual Product Engineering mittels Finite-Elemente Simulation und dazugehöriger experimenteller Methoden im Focus. Um Aussagen über die Zuverlässigkeit der Systeme zu gewinnen, werden Design-of-Experiment Ansätze zur Steuerung von FE-Simulationen eingesetzt so dass Sensibilitätsanalysen zur Erfassung von Material- und technologischen Parameterschwankungen ermöglicht werden. Damit lässt sich eine Zuverlässigkeitsbewertung der erforschten Technologien realisieren.
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