Neues aus der Elektronik-Korrosionsforschung

Die Gesellschaft für Korrosionsschutz e.V. (GfKORR) hat sich zum Ziel gesetzt, durch Aufklärung das Auftreten von Korrosionsschäden in Deutschland zu minimieren. Hierfür laufen verschiedene Forschungsvorhaben. 5 Projekte sollen in diesem Jahr im Rahmen der Veranstaltung vorgestellt werden:

1) Für Elektrofahrzeuge sind leistungselektronische Komponenten wie IGBT-Wechselrichtermodule auf metallisierten keramischen Substraten unerlässlich. Diese müssen durch Schutzschichten vor Umwelteinflüssen geschützt werden. Im Rahmen eines Verbundprojekts wird ein Thermotransfer-Moldingprozess für Epoxy-Mold-Compounds entwickelt, verbunden mit einem Charakterisierungskonzept zur Qualitätssicherung und Lebensdauervorhersage.  Der Ioddampftest wird in Verbindung mit einer Höchstimpedanzmesstechnik entwickelt, um Schwachstellen im Schutzsystem schnell zu identifizieren. Diese Kombination ermöglicht eine schnelle Bewertung der Qualität und potenziellen Zuverlässigkeit des Powermoduls.

2) Das Sintern von silberbasierten Pasten hat in vielen Produktionen Einzug gehalten aufgrund steigender Energiedichte und Miniaturisierung. Im Vergleich zum klassischen Löten ermöglicht es größere Leistungsdichten und höhere Ströme mit verbessertem thermischem Management. Dies erhöht die Zyklenfestigkeit der Verbindungen und steigert die Zuverlässigkeit im Vergleich zu zinnbasierten Materialien. Kupfer wird als noch zuverlässiger und thermodynamisch stabiler angesehen als Silber. Aufgrund des Kostendrucks, insbesondere im Mobilitätsbereich, gewinnt das Kupfersintern an Bedeutung. Da Kupfer fast so leitfähig wie Silber, aber deutlich günstiger ist, wird es als kostengünstige Alternative mit hoher Leistungsfähigkeit immer wichtiger als Verbindungsmaterial.

3) Hohlräume und Blasen in Schutzlacksystemen stellen ein Sicherheitsrisiko dar. Ziel dieses Projekts ist die Erstellung eines Leitfadens mit Entscheidungsmatrix, anhand dessen ein etwaiges Risiko einer Zuverlässigkeitsminderung von elektronischen Bauteilen sicher und schnell eingestuft werden kann.

4) Im Rahmen des IGF-Forschungsvorhabens "ElektrA" soll der Einfluss einer elektro-thermischen Belastung mit einer rechteckförmigen Hochspannung im Frequenzbereich von 10 kHz bis 20 kHz auf die elektrischen und mechanischen Eigenschaften sowie die elektrische Festigkeit von Vergussmassen untersucht werden.
Im Betrieb ist mit der Erwärmung der Isolierungen durch äußere Einwirkung sowie infolge dielektrischer Erwärmung durch die Leistungselektronik selbst zu rechnen. Dabei treten alterungsbedingt Veränderungen der Materialeigenschaften infolge von elektrischer und thermischer Belastung auf.

Ziel ist es, durch verschärfte Bedingungen beschleunigte Alterung herbeizuführen, sodass anhand der experimentell ermittelten Ergebnisse Aussagen über die Lebensdauer der Vergussmassen getroffen werden können. Dieses Wissen kann auf zukünftige Kompositmaterialien übertragen werden.

5) Die Automobilindustrie steht vor neuen Herausforderungen im Zusammenhang mit der Energiewende und der Entwicklung von eMobilitätslösungen. Es gibt einen Technologiewandel, bei dem organische Substrate (Leiterplatten, PCB) für elektronische Baugruppen bei bis zu 1200 V betrieben werden. Zukünftige Baugruppen müssen aufgrund der Konnektivitätsanforderungen im Dauerbetrieb sein, was bedeutet, dass immer mehr Schaltkreise eine Spannung angelegt haben. Die Betriebszeit von elektronischen Baugruppen in Autos steigt von 6.000 auf 130.000 Stunden. Es gibt auch Anforderungen das Gehäusevolumen zu reduzieren, die Energiedichte zu erhöhen, zur Nachhaltigkeit und Kostenreduzierung. Es ist wichtig, verbindliche Methoden zur Materialcharakterisierung und Designspezifikationen für organische Substrate zu definieren, um feuchtigkeitsresistente Leiterplattentechnologien für eMobilität zu ermöglichen.

Ziel der Veranstaltung ist es, den Teilnehmern die neuesten Ergebnisse aus Forschungsprojekten und die damit gewonnenen Erkenntnisse bezüglich der Produktsicherheit zu erläutern und über die Diskussion den Eingang in die industriellle Praxis zu fördern.