Institut für Robuste Leistungshalbleitersysteme

VALERI

Validierung leistungselektronischer Schaltungsträger mit räumlicher Integration

VALERI ist ein Projektvorhaben, in dem gezeigt gezeigt werden soll, wie dreidimensionale Schaltungsträger ihr Potenzial in der Leistungselektronik entfalten können und gegenüber dem Stand der Technik umfassende Vorteile bieten. Eine erfolgreiche Validierung dieses Technologieansatzes kann wichtigen Schlüsseltechnologien, wie der Elektromobilität, einen bedeutenden Innovationsschub geben.

Seit einiger Zeit entwickelt sich die Leistungshalbleitertechnologie rapide weiter. Insbesondere die Leistungsdichte hat sich in den letzten Jahren, auch aufgrund neuer Halbleitermaterialien, deutlich erhöht. Dadurch werden neue Leistungsmodule und -Packages benötigt. Sowohl auf Package-Ebene, als auch auf Modulebene werden viele neue Ansätze verfolgt. Ein vielversprechender Ansatz ist der dreidimensionale Aufbau unter Verwendung innovativer Trägermaterialien, da dadurch parasitäre Elemente reduziert werden können und die Leistungsdichte erhöht werden kann.

In dem Projektvorhaben VALERI soll gezeigt werden, wie dreidimensionale Schaltungsträger ihr Potenzial in Anwendungen der Leistungselektronik entfalten können und gegenüber dem derzeitigen Stand der Technik umfassende Vorteile bieten. Die Kombination mit einem 3D integrierten Leistungselektronikmodul soll für die in der Elektromobilität relevanten Leistungsklassen validiert werden. Derartige Module sind Schlüsselkomponenten beispielsweise im Antriebsstrang von Elektrofahrzeugen, in Batterieladegeräten, in DC-DC Wandlern, in Photovoltaik-Invertern und in Netzteilen unterschiedlichster Leistungsklassen. Eine erfolgreiche Validierung, wie sie in dem VIP+ Förderprogramm angestrebt wird, kann mit diesem Technologieansatz Schlüsseltechnologien wie der Elektromobilität einen wichtigen Innovationsschub geben. Die vorangegangene Grundlagenforschung aus umfassenden Vorarbeiten der Antragsteller liefert alle Bausteine für einen erfolgreichen Validierungsprozess.

Das Alleinstellungsmerkmal dieses Vorhabens gegenüber dem Stand der Technik liegt an der Kombination aus den unten angeführten Ansätzen zur dreidimensionalen Wärmeabfuhr und dem Transfer der MID-Technologien auf die Leistungselektronik. Konkret bestehen die Innovationen aus:

  • Design mit optimierter Geometrie und dadurch erhöhter Oberfläche zur Entwärmung.
  • Technologisch wird eine Funktionserweiterung, bspw. durch zusätzliche dreidimensionale Küh-lelemente.
  • Metal-Inserts (Wärmeableitung, Leadframe und Anschlüsse aus Gehäuse)
  • Vergleich der Substrate (LCP-MID, (PPA oder PAA) und Keramik-MID) und die Evaluierung für unterschiedliche Leistungsklassen für 3D-Substrate.
  • Rückseitige Kontaktierung von geflippten diskreten Leistungshalbleitern
  • Kontaktierung und Fixierung der diskreten Leistungsbausteine über „Klemmen“, die gleichzei-tig als Anschlusskontakte und Kühlkörper genutzt werden.
  • „Stapeln“ der Module für eine Anpassung der Leistung wird möglich.

Das Vorhaben soll eine industrielle Umsetzung nach Projektende ermöglichen. Durch das Aufzeigen der Machbarkeit der Technologie sollen die Risiken für die Industrie minimiert werden und Anreize für ein eigenes Engagement geschafft werden. Deshalb soll schon zu einer frühen Phase des Projektes intensiv auf eine Verwertung der validierten Technologie im deutschen Industrieumfeld der Leistungselektronik hingearbeitet werden. Durch den Ansatz bietet sich eine Firmengründung oder eine Ausgründung/Spin-Off an. Als zentrale Anlaufstelle an der Universität Stuttgart steht hierfür die Technologie-Transfer-Initiative GmbH (TTI GmbH) zur Verfügung. Durch die enge Kooperation des IFM mit Hahn-Schickard ist zudem bereits Erfahrung mit der Umsetzung von Ausgründungen vorhanden [Cytena, BioFluidix, SpinDiag, Verapido Medical]. Die vorhandenen Fertigungskapazitäten, die Raum- und Anlagenstruktur ist prädestiniert, um als Inkubator und Starthilfe für Jungunternehmen zu dienen.

Im Projektvorhaben VALERI sind die beiden Arbeitsgruppen der Universität Stuttgart unter der Leitung von Dr. Thomas Günther vom IFM und Prof. Kallfass vom ILH beteiligt.

 

Institut für Mikrointegration

Dieses Bild zeigt  Dominik Koch
M.Sc.

Dominik Koch

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Dieses Bild zeigt  Jan Hückelheim
M.Sc.

Jan Hückelheim

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Dieses Bild zeigt  Kevin Muñoz Barón
M.Sc.

Kevin Muñoz Barón

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

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