Projekt SiC-Modul Mit Silizium-Carbid bestückte E-Autos sollen weiter fahren

Wie schnell kann ein E-Auto fahren und welche Strecken kann man damit zurücklegen? Das hängt von der eingebauten Leistungselektronik ab – elektronisch gesehen dem Herz der Elektromobilität. Silizium-Carbid gilt als vielversprechendes alternatives Material in der Halbleiter-Branche.

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Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM

Das neue Halbleitermaterial Silizium-Carbid (SiC) wird seit mehreren Jahren in der Forschung als alternatives Material in der Halbleiter-Branche getestet. Im Projekt SiC-Modul will ein Forscherteam des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM gemeinsam mit sechs weiteren Partnern den Leistungshalbleiter auf den Weg zur industriellen Fertigung bringen. Mit SiC bestückte und in Elektrofahrzeugen eingebaute Leistungselektronik soll sie effizienter machen und damit auch ihre Reichweite erhöhen.

Silizium-Carbid spart Platz und hat höheren Wirkungsgrad

Wie schnell ein E-Auto fahren und welche Strecken man damit maximal zurücklegen kann, hängt von der eingebauten Leistungselektronik ab. Beim Einbau der Leistungselektronik sind drei Faktoren entscheidend: Platz, Gewicht und Wirkungsgrad. Silizium-Carbid erfüllt alle Bedingungen, denn es hat einen höheren Wirkungsgrad und kann kompakter verbaut werden als gängige Halbleiter wie Silizium.

Trotzdem fährt heute noch kein E-Auto auf der Straße, in dem Silizium-Carbid verbaut ist. Das Halbleitermaterial wird bisher nur im Forschungsumfeld eingesetzt. Um das Material nun auch innerhalb der industriellen Fertigung zu verwenden, werden in dem Projekt SiC-Modul Rahmenbedingungen aus der Industrie von Anfang an berücksichtigt. Zum Beispiel beruht das Modul, das am Fraunhofer IZM entwickelt wird, auf einem klassischen Leiterplattenaufbau, wie er in der Industrie bereits etabliert und leicht umsetzbar ist.

Auch Einbett-Technik in die Serienproduktion bringen

Gleichzeitig werden in dem Modul die neuesten Erkenntnisse aus der Forschung verbaut: Der Halbleiter wird nicht mit einer Drahtbondverbindung kontaktiert, sondern direkt über einen galvanisch hergestellten Kupferkontakt in die Schaltung eingebettet, so dass die Kabellänge verkürzt und die Leistungsführung optimiert werden kann.

Die Spezifikationen, die das Produkt erfüllen muss, haben die Forschenden in enger Zusammenarbeit mit Anwendern aufgestellt und abgestimmt. Die Dimensionierung und elektrische Auslegung der leistungselektronischen Module erfolgte dabei in direkter Zusammenarbeit mit Automobilhersteller, Baugruppenzulieferer und Baugruppenfertiger. Dadurch ist es möglich, eine optimale Bauraumnutzung im Antriebsstrang des Fahrzeugs zu realisieren. Lars Böttcher ist Gruppenleiter am Fraunhofer IZM und Teilprojektleiter für das SiC-Projekt. Er erklärt: „Wir gehen über die generelle Machbarkeit hinaus, denn in dem Projekt entwickeln wir mehr als nur einen Prototypen“. Das Ziel ist daher, sowohl das neue Halbleitermaterial Silizium-Carbid, als auch die Einbett-Technik auf den Weg zur Serienproduktion zu bringen.

Das Projekt SiC-Modul wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. Neben dem Fraunhofer IZM sind als weitere Partner in dem Projekt beteiligt:

AixControl – Gesellschaft für leistungselektronische Systemlösungen mbH,

Conti Temic Microelectronic GmbH,

Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen,

Robert Bosch GmbH,

Schweizer Electronic AG,

TLK-Thermo GmbH.

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