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Umbau der Infrastruktur für die Energiewende

Leistungshalbleiter: Schlüssel für die Umgestaltung des Stromnetzes

2. Mai 2014, 9:43 Uhr | Heinz Arnold

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Siliziumkarbid und Galliumnitrid

Damit leistungselektronische Wandler immer kleiner und zuverlässiger werden, sind oft ganz neue Ansätze für Materialien, Bauelemente, Packaging, Systemdesign und Fertigung nötig. Das Fraunhofer IISB forscht entlang dieser gesamten Kette. So setzen die Wissenschaftler zunehmend auf Siliziumkarbid (SiC). Dieses Material ermöglicht besonders verlustarme und temperaturfeste Bauelemente. Um aus den SiC-Wafern Chips zu vereinzeln, hat das IISB die hoch produktive Methode des Thermischen Laserstrahlseparierens (TLS) entwickelt.

Neue Technologien gibt es auch für zuverlässigere Bond-, Löt- und Sinterverbindungen, ebenso wie für das Vergießen mit Kunststoffen, das oft nötig ist, um Spannungsüberschläge zu verhindern. Die fertigen Prototypen setzen die Forscher in ihren Demonstratoren ein. Dort werden sie auf Herz und Nieren geprüft, beansprucht und künstlich gealtert, um ihre Zuverlässigkeit zu testen. Die wichtigsten Kennzahlen bei der Leistungselektronik sind Effizienz und Leistungsdichte, hier hat das IISB verschiedene Benchmarks gesetzt. 2013 knackten die Forscher mit einem in SiC-Technologie aufgebauten Leistungswandler die Marke von 100 kW pro Liter Bauvolumen. 2014 erreichten sie mit einem Referenz-Design für einen DC/DC-Wandler mit Leistungsschaltern aus Galliumnitrid einen Wirkungsgrad von bis zu 99,3 Prozent.