Projekte
In unseren Laboren arbeiten Studierende an praxisnahen Projekten, die von der Forschung bis zur Industrieanwendung reichen. Sie entwickeln und optimieren Leistungsmodule, untersuchen Laminier- und Packagingverfahren, analysieren Materialien und testen elektrische, thermische sowie mechanische Eigenschaften. Dabei lernen sie, wie moderne Leistungselektronik effizient, zuverlässig und nachhaltig gestaltet wird – und sammeln Erfahrung, die direkt in Forschung, Entwicklung und industrielle Anwendungen übertragbar ist.
Forschungsprojekte
Erforschung von Integrationstechnologien für vertikale Leistungstransistoren auf Basis von Galliumnitrid
Die HAW-Kiel übernimmt im Rahmen des Projektes das Packaging der neuartigen GaN-Halbleiter in einem Leistungsmodul und untersucht die Einsatzbereiche dieser Leistungsmodule. Der Hauptschwerpunkt des Projektes liegt in der oberseitigen Kontaktierung der GaN-Halbleiter. Zur effektiven Wärmeabfuhr der Verlustleistung aus dem Modul wird ein Kühlsystem ebenfalls von der HAW-Kiel entwickelt und entsprechend der Anforderungen ausgelegt. Die für den Modulbau benötigte Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) wird hinsichtlich ihrer Eignung für GaN-Halbleiter untersucht, um die erforderlichen technischen Fügeprozesse entwickeln zu können.
Laufzeit: 01.02.2024 - 31.01.2028
Fördersumme: 2.800.000 €
Das Projekt „Cu-Tech“ verfolgt die Entwicklung einer neuen Großflächen-Verbindungstechnologie für leistungselektronische Module. Dabei soll das bisher genutzte Systemlot durch eine gesinterte Kupferverbindung ersetzt werden. Ziel ist es, eine Verbindungsschicht zu schaffen, die technisch, ökologisch und wirtschaftlich überlegen ist. Kupfer-Sinterpasten bieten eine bessere Wärmeleitfähigkeit, eine höhere mechanische Stabilität und eine längere Lebensdauer als herkömmliche Lotverbindungen.
Laufzeit: 01.06.2025 - 31.05.2028
Fördersumme: 430.987,00 €
Laufzeit: 01.06.2024 - 31.05.2027
Fördersumme: 1.034.000 €
Das Forschungsprojekt „Leistungselektronik und anwendungsnaher Betrieb von energieeffizienten Galliumnitrid Leistungshalbleitern in der fahrzeugnahen Energiewandlungskette“ an der HAW Kiel soll die Galliumnitrid-Technologie (GaN) für die Energiewandlung in zukünftigen Elektrofahrzeugen mit 800V-Batteriespannung erschließen. Im Mittelpunkt stehen hocheffiziente stationäre und Onboard-Ladesysteme. Ziel ist die Entwicklung neuartiger Powercores, die durch den Einsatz von GaN Bauraum sparen und die Effizienz maximieren. Durch modulare Building-Block-Konzepte und fertigungsgerechte Aufbautechnologien sollen Systemkosten gesenkt und die Skalierbarkeit für die Großserie sichergestellt werden. Damit schafft LaGaN die technologische Basis für wettbewerbsfähiges Fast Charging in der nächsten Fahrzeuggeneration.
Das Interreg Projekt verfolgt die Entwicklung hochintegrierter und intelligenter Leistungs-elektronikmodule für variable Leistungs-anforderungen in modernen Energie- und Smart-Home-Systemen. Zentrale Arbeitsschwerpunkte der HAWK sind die Realisierung zweier Demonstratoren: eines technologischen Erprobungsmoduls zur Validierung fortgeschrittener Bonding-, Joining- und Laminationstechnologien sowie eines dreiphasigen Leistungsmoduls. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt liegt auf der Steigerung der Feuchtigkeitsresistenz laminierter Module.
Laufzeit: 01.06.2023 - 31.05.2026
Fördersumme: 1.637.794 €
Ausgewählte abgeschlossene Forschungsprojekte
„Entwicklung von Sinterprozessen für den Aufbau von Aluminium-Kühlkörpern“ im Verbundprojekt "Korrosionsresistente Aufbau- und Verbindungstechnik für Leistungselektronik
Für elektrische Fahrzeuge jeder Art ist die Antriebselektronik eine Schlüsselkomponente. Bei der Antriebsleistung werden sogenannte direkt-flüssig gekühlte Leistungsmodule eingesetzt. Für eine gute Kühlleistung sind Kupferkühler mit kupfernen Wasserkühlfinnen der Stand der Technik. Allerdings tritt hier ein neues Phänomen auf: Kontaktkorrosion zwischen dem wassergekühlten Antriebsmotor mit dem Stator aus Aluminium und dem im gleichen Kühlkreislauf befindlichen kupfergekühlten Leistungsmodul.
Dieser Zersetzungsprozess durch Korrosion soll im Gesamtvorhaben KoKo-Power behoben werden. Dazu werden in diesem Teilvorhaben für eine Antriebselektronik (Leistungshalbbrücke) ein Konzept und ein Aufbau für den korrosions-kompatiblen Einsatz in Elektrofahrzeugen unter Verwendung von Al-Kühlkörpern entwickelt. Ziel ist ein Antriebsmodul, welches mit wasserberührenden, 3D-strukturierten Aluminiumelementen und einem keramischen Substrat durch Niedertemperatursintern auf Basis von Silber realisiert wird. Damit wird der klassische Kupferkühlkörper durch einen Aluminiumkörper ersetzt.
Technisches Ziel ist ein All-in-One-Sinterschritt, bei dem der Halbleiter, das keramische Substrat und der Aluminium-Kühlkörper miteinander gefügt werden. Durch diese Entwicklung wird eine korrosiv und mechanisch bedingte Zerstörung weitestgehend vermieden, so dass eine kostenoptimierte, robuste und leistungsfähige Antriebselektronik entsteht. Dazu müssen sowohl eine geeignete Sintermaschine als auch alle Designs, Produktionsprozesse und Eigenschaften von Komponenten neu entwickelt und verifiziert werden, denn Sintern mit großen thermischen Massen (Flüssigkühler) und Sintern auf Aluminium und (Edel-)Stahl sind keine etablierten Lösungen heutiger Fertigungsprozesse.
Fördersumme: 441.441,00 €
Laufzeit: 01.05.2021 bis 30.04.2024
Kernziel des Projektes ist die Erforschung von neuen anorganischen Vergussmassen zum Einsatz in elektrischen Antriebssystemen. Solche Materialien versprechen eine erhöhte thermische Leitfähigkeit mit guten Isolationsfähigkeiten. Damit können die wirtschaftlichen Bestrebungen zur Miniaturisierung kostenempfindlicher Bauteile erreicht werden. Gleichzeitig ergibt sich bei batterieelektrischen Fahrzeugen dadurch eine höhere Reichweite auf Grund des reduzierten Gewichtes. Es handelt sich hierbei um eine neue Materialklasse im Bereich des Vergusses von Leistungselektronik und elektrischen Maschinen mit wesentlich besseren thermischen Eigenschaften als die bisher eingesetzten Vergussmassen auf Kunststoffbasis, die für die Zielanwendung als universeller Werkstoff erschlossen werden soll. Die Forschungsergebnisse zu Material, Mechatronik und Prozesstechnik sollen in einem hochintegrierten Prototypantrieb für Automotive Anwendungen dargestellt und evaluiert werden. Parallel erfolgt auch eine Übertragung auf einen industriellen Antrieb, wodurch ein breiterer Markteinsatz vorbereitet werden kann. Der FH Kiel kommt in diesem Projekt die Aufgabe zu, die Vergussmasse im System und an den Leistungsmodulen zu applizieren und Teilsystemtests durchzuführen.
Fördersumme: 961.372 €
Laufzeit: 01.09.2021 – 28.02.2025
Gefördertes Forschungsprojekt
Niederinduktives SiC-Leistungsmodul mit organischer Isolationsfolie
- Laminierte Kupfer-Leadframes mit organischer Isolationsschicht
- SiC-MOSFETs (1200 V) mit Die-Top-System
- Direkte Laminierung auf dem Kühlkörper
- Schaltungslayout: Halbbrücke
- Mehrlagige Struktur zur Reduzierung der Induktivität mit einer dritten Lage: 3,6 nH bei 10 MHz
- ShowerPower-3D-Kühlstruktur für besonders effiziente Wärmeabfuhr
- Zwei Kühlkörper-Halbschalen bilden einen gemeinsamen Wärmesenkeblock
Bei Fragen zum Projekt oder unserer Arbeit kontaktieren Sie uns gerne.
Studentische Projekte
Projektart: Semesterprojekt Bachelor
Im Projekt Liteplacer wird ein Liteplacer überarbeitet, der aktuell als „Pick-and-Place“-Maschine konfiguriert ist, sodass er gesinterte Kontakte messen kann. Der Liteplacer ist mit einer Kamera ausgestattet, die mithilfe einer KI die Kontakte erkennt, sich automatisch ausrichtet, herunterfährt und eine Messung durchführt. Da die Leistungsmodule und damit auch die Kontakte immer kleiner werden, ist es deutlich schwieriger, die Kontakte per Hand zu messen. Eine solche Maschine kann die benötigten Messungen daher einfacher und schneller durchführen.
Angebote für Projekt und Abschlussarbeiten Im AVT Team
Regelmäßig bietet das Labor für Aufbau und Verbindungstechnik industrienahe Projekt und Thesisangebote an.