Fraunhofer IMWS / PCIM Europe Mikrostruktur von Kunststoff analysieren für Leistungselektronik

Kunststoffgehäuse eines Leistungsmoduls mit Materialschädigung (geschmolzenes Material) im Bereich der Lastanschlusslaschen.
Kunststoffgehäuse eines Leistungsmoduls mit Materialschädigung (geschmolzenes Material) im Bereich der Lastanschlusslaschen.

Neue Erkenntnisse der Werkstoffanalytik von leistungselektronischen Komponenten und Modulen präsentiert das Fraunhofer-Institut IMWS auf der PCIM Europe in Nürnberg. U. a. werden neue Erkenntnisse zur Zuverlässigkeit von Kunststoffgehäusen erläutert.

Mikrostruktur von Kunststoffen

Auf der PCIM Europe stellt das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen (IMWS) in Zusammenarbeit mit Industriepartnern und dem “European Center for Power Electronics” (ECPE) die neuersten Untersuchungsergebnisse im Bereich Werkstoffanalytik vor. Im Fokus steht die Mikrostruktur von Kunststoffen. Kunststoffe werden u. a. zur Herstellung von Modulgehäusen genutzt. Die Mikrostruktur der Kunststoffe beeinflusst das makroskopische Materialverhalten der Gehäuse. Kleine Voids in der Polymermatrix und eine schlechte Anbindung zwischen Füllstoff (z. B. Glasfaser) und Polymermatrix begünstigen das Eindringen und die Anreicherung von Wasser im Kunststoff. Das Ergebnis ist eine erhöhte Ionenleitfähigkeit und eine Reduzierung der elektrischen Durchschlagfestigkeit. Infolge dessen kann es bei Erreichen einer kritischen elektrischen Spannung zum elektrischen Durchbruch und somit zum Ausfall des gesamten Moduls kommen.          

"Die Ergebnisse zeigen, wie wichtig die Mikrostrukturdiagnostik für Fragen der Leistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer in der Leistungselektronik ist. Erst recht gilt das im Hinblick auf neue Halbleiterbauelemente, neben Silizium auch Siliziumcarbid und Galliumnitrid, sowie für den Einsatz neuer, innovativer Gehäuse- und Kontaktierungstechniken", sagt Sandy Klengel, Leiterin der Fraunhofer IMWS  Gruppe "Bewertung elektronischer Systemintegration".

Hochaufgelöste Diagnostik

Das Fraunhofer IMWS führt hochaufgelöste mikrostrukturelle Diagnostik bis in den Nanometerbereich durch, z. B. mit Hilfe der Rasterelektronenmikroskopie (Bild). Die Diagnostik umfasst u. a. speziell angepasste mechanische Tests oder theoretische Modellierungen.

"Aus unserer engen Zusammenarbeit mit Materiallieferanten sowie Bauelemente-, Modul- und Systemherstellern wissen wir um den großen Bedarf an Diagnostik, Materialbewertung und Modellierung. Die im Einsatz auftretenden Wirkmechanismen und Materialreaktionen vor allem im Bereich der Aufbau- und Verbindungstechnik von Leistungsmodulen für eine Vielzahl von Werkstoffen zu beherrschen, ist der Schlüssel für hoch zuverlässige, langlebige Leistungselektronik in Bereichen wie der Energie- und Automobiltechnik", sagt Sandy Klengel.

PCIM Europe

Das Fraunhofer-Institut IMWS präsentiert auf der PCIM Europe in Halle 6 (Stand 6-326) gemeinsam mit dem European Center for Power Electronics Forschungsergebnisse im Bereich der Werkstoffanalytik.