Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Langzeitzuverlässigkeit SiC-basierter Leistungsmodule

Leistungsdichte, Performance und Zuverlässigkeit moderner Leistungselektronik kann durch den Einsatz neuer Aufbau- und Verbindungstechniken (AVT) und Halbleitermaterialien wie Siliziumkarbid (SiC) signifikant gesteigert werden. Die Qualifizierung erfordert jedoch einen zunehmend höheren Aufwand. Wesentlich bei der breiten Einführung innovativer Leistungselektronik ist daher die Erforschung und Etablierung effizienter Qualifizierungsrichtlinien. Insbesondere KMU können den dazu notwendigen Forschungsaufwand kaum eigenständig bewältigen, wodurch gravierende Nachteile wie Qualifikationsrisiken, exzessiver Prüfaufwand oder Verlust des technologischen Anschlusses entstehen.

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung und Validierung eines Verfahrens zur testbasierten Qualifizierung von Leistungsmodulen auf Basis von SiC für extrem hohe Zyklenzahlen. Das Verfahren soll es KMU ermöglichen, durch zeitlich und kostenmäßig begrenzte Tests die Zuverlässigkeit für bis zu 25 Jahre bzw. 10 Mio. Lastzyklen abzusichern. Dazu werden im Vorhaben SiC-MOSFETs mit neuartigen und hochzuverlässigen AVT mittels kontrollierten Lastwechseltests untersucht. Der Fokus liegt hierbei auf Prüfmethoden und Strategien zur Raffung der Tests, Konzepten für in-situ Fehlerindikation, Verfahren zur Kompensation von SiC-spezifischen Drifteffekten sowie dem physikalischen Verständnis der Fehlermechanismen und deren Simulation mittels FEM.

Im Ergebnis werden KMU-taugliche Empfehlungen zu Umgang, Qualifizierung und Test von Leistungsmodulen aus SiC abgeleitet und in einem Handbuch bereitgestellt. Somit ergeben sich für KMU effizient verwertbare Ergebnisse. Da die Qualifizierungskosten einen hohen Anteil an den Entwicklungskosten mechatronischer Systeme ausmachen, belasten sie insbesondere bei Kleinserien die Spezialprodukte von KMU kostenmäßig. Zum anderen baut das Vorhaben für KMU die wenig vorhandene Felderfahrung mit Leistungsmodulen auf Basis von SiC querschnittsartig auf und transferiert dieses Know-how.