Wärmemanagement

Lebensdauervorhersage in der Leistungselektronik

| Redakteur: Johann Wiesböck

„Unsere Experten erklären Ihnen am 27. Juni Theorie und Praxis der Lebensdauervorhersage von Leistungshalbleitern und thermischen Interface-Materialien,“ Prof. Dr. A. Griesinger, Duale Hochschule Baden-Württemberg
„Unsere Experten erklären Ihnen am 27. Juni Theorie und Praxis der Lebensdauervorhersage von Leistungshalbleitern und thermischen Interface-Materialien,“ Prof. Dr. A. Griesinger, Duale Hochschule Baden-Württemberg (Bild: ZFW)

Wie können Lebensdauervorhersagen für Leistungshalbleiter und thermische Interface-Materialien getroffen werden? Diese und weitere Fragen beantwortet das ZFW am 27. Juni 2017 in Stuttgart.

Mehr denn je ist die Frage der Zuverlässigkeit von Leistungskomponenten und deren Lebensdauer in der Leistungselektronik ein entscheidendes Verkaufsargument. Die möglichst genaue Vorhersage der Lebensdauer wird zum entscheidenden Wettbewerbsvorteil. Der zunehmende Kostendruck in der Branche und der Trend zur Miniaturisierung lassen eine großzügige Überdimensionierung der Systeme nicht mehr zu.

Wie kann bereits im Entwicklungsprozess die Lebensdauer elektronischer Systeme vorhergesagt werden? Für die thermische und mechanische Analyse stehen eine Vielzahl von Mess- und Berechnungsmethoden zur Verfügung. Umweltsimulationen, wie z.B. Temperatur- oder Lastwechseltests zeigen die Alterung der Elektronik im Zeitraffer.

Dabei ist das spezielle Knowhow der Entwickler gefragt: Jede Berechnungsmethode beruht schließlich nur auf einem Modell, das die reale Elektronik mehr oder weniger realistisch beschreibt. Jede Umweltsimulation ist nur ein Abbild der realen Alterung. Wichtig ist, dass die Simulation die gleichen Fehler- und Ausfallmechanismen zeigt, wie sie beim realen Einsatz der Elektronik auftreten. In jedem Fall hat der Entwickler zu begründen, dass seine Berechnungs- und Simulationsmethoden auf die reale Anwendung übertragbar sind.

Fehlerbilder und Alterung thermischer Interface-Materialien

Am Zentrum für Wärmemanagement in Stuttgart (ZFW) laufen zu diesem Thema interessante Forschungsarbeiten. Im Fokus stehen Fehlerbilder im Halbleiter-Package und die Alterung von thermischen Interface-Materialien. Durch die Kombination aus praktischen Versuchen und neuen Berechnungsmethoden werden Lebensdauervorhersagen präziser.

Dazu gehören z.B. thermomechanische Simulationsrechnungen die mit Hilfe von Lastwechseltests validiert werden. Die detaillierte Auflösung der Wärmepfade der Halbleiter von ihrer Junction bis zur Umgebung liefert die Basis für die Berechnungsmodelle. Am 27. Juni 2017 werden bei der Tagung „Thermische Auslegung in der Leistungselektronik“ im Haus der Wirtschaft in Stuttgart diese Verfahren vorgestellt.

Die Tagung richtet sich an Ingenieure und Naturwissenschaftler aus Industrie und Forschung, die sich mit dem Thema Zuverlässigkeit von Halbleitern und thermischen Interface-Materialien beschäftigen. Im Anschluss an die Tagung zeigt das ZFW-Team live in seinen Laboren Mess- und Simulationsverfahren.

Schwerpunkt Batterien und Batteriekühlung

Aktuell im Fokus stehen beim Zentrum für Wärmemanagement (ZFW) auch Batterien für Elektrofahrzeuge (EVB: Electric Vehicle Battery) sowie Hochvolt-Batterien (HVB: High Voltage Battery): Diese Anwendungen benötigen spezielle Thermische Interface Materialien (TIM) und stellen große Herausforderung an die Batteriekühlung. Eine thermischen FEM/CFD-Simulation ist hier zwingend nötig.

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