Forschung
Labor für Elektronikintegration

  1. Hochschule Kempten
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  4. Elektronikintegration
  5. Forschung

1. Aufbau- und Verbindungstechnik

a) Leiterplattenembedding für die Leistungselektronik
Leiterplattenembedding ist ein neuartiger Ansatz um die Leistungsdichte von Elektroniksystemen zu erhöhen. Ziel unserer Forschungsaktivitäten ist die Entwicklung von neuen Fertigungskonzepten, die insbesondere für kleine und mittelständische Unternehmen umsetzbar sind. Die umfangreiche Laborausstattung ermöglicht die Entwicklung der Herstellungsprozesse, den Aufbau und die Erprobung von Demonstratoren.

b) Montage von Hochtemperaturmikrosystemen
Die Montage von Halbleiterbauteilen mittels Silber-Sintern bietet gegenüber dem Löten eine höhere Temperaturbelastbarkeit. Das Labor verfügt über die notwendigen Werkzeuge und das Know-How um zuverlässige Lösungen zu entwickeln.

2. Thermisches Management

Die Entwärmung von Elektroniksystemen ist essentiell für deren Zuverlässigkeit im Betrieb. Gestützt durch umfangreiches Know-How mit modernen 3D CFD Simulationswerkzeugen entwickeln wir hocheffiziente Lösungen. Für die experimentelle Validierung stehen verschieden Messplätze zur Verfügung.

3. Leiterplattenbasierte Mikrosysteme

Die Leiterplatten- und Folientechnologie bieten eine alternative Basis (zum Silizium) für die Herstellung von Mikrosystemen. So konnte beispielsweise ein Vibrations-Generator entwickelt werden, bei dem die Piezokeramik in der Leiterplatte eingebettet ist.

Aktuelle Forschungsprojekte

MEDAL - Modulares Leiterplatten-Embedding für Anwendungen der Leistungselektronik

MEDAL - Modulares Leiterplatten-Embedding für Anwendungen der Leistungselektronik

Für kompakte, robuste Elektronik beginnt sich das Leiterplattenembedding zu etablieren. Allerdings sind aufgrund noch begrenzter technischer Reife ein hoher Fertigungsaufwand und enge Leistungsgrenzen gegeben, was Anwendung auf ein schmales Einsatzspektrum beschränkt.

Im Projekt wird ein neuer Ansatz erforscht und dessen technologische Umsetzung entwickelt, wobei eine funktionale Modularisierung angestrebt wird, um Zielsysteme aus standardisierbaren Embedded-Prepackages ausführen und fertigungs- sowie kosteneffizient aufbauen zu können, anstatt jedes einzelne Zielsystem vollständig individuell auslegen zu müssen. FuE-Arbeiten schließen ein: Entwicklung der modularen Grundbausteine, der erforderlichen Fertigungsschritte für die Grundbausteine und der darauf basierenden Embedded-Systeme; Testmethoden für die Validierung der neuen Technologie und spezifische Design-Rules zu ihrer praxistauglichen Anwendung.

Bei erfolgreichem Projekt eröffnen sich Verwertungspotenziale in Bereichen wie Antriebstechnik, Energietechnik, Forschungsanlagen und Messgeräte. Durch etablierte Marktzugänge ist von einer zügigen Verwertung auszugehen, mit zusätzlichen Umsätzen in Millionenhöhe.

Projektlaufzeit
01.04.2019 - 31.03.2021

Industriepartner
VAAS

Förderung
Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie
ZIM Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand

ARCHIVE

ARCHIVE

ARCHIVE zielt darauf ab, eine bahnbrechende Aufbau- und Verbindungstechnologie für 20 kV Leistungshalbleitermodule zu demonstrieren. Derartige Module werden den Aufbau von Umrichtern für die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) erheblich vereinfachen, da zum Erreichen der Hochspannung weniger Module in Reihe geschaltet werden. Dadurch sinken die Investitions- und Betriebskosten für HGÜ-Anlagen, was für eine weitere Verbreitung und damit eine bessere Integration von erneuerbaren Energien in die Versorgungsnetze förderlich ist.

Das Projekt befasst sich sowohl mit der elektrischen Isolierung als auch mit dem Wärmemanagement. Bei der gegenwärtig verwendeten Technologie werden beiden Aspekte durch dasselbe Element definiert: das Keramiksubstrat. Dies führt zu einem Kompromiss zwischen thermischer Leistung und Spannungsfestigkeit. Wir schätzen, dass dieser Kompromiss zwischen 10 und 20 kV inakzeptabel wird, da zur Aufrechterhaltung der Spannung dickere Keramiksubstrate erforderlich sind, was die Wärmeabfuhr behindert.

Die in ARCHIVE untersuchten technischen Lösungen basieren auf einem neuartigen, 3-dimensional strukturiertem Keramiksubstrat. Auf der Oberseite werden durch eine geeignete Topografie die lokalen Spitzen des elektrischen Felds eingeschränkt. Auf der Rückseite ist ein Kühler integriert, der mit einem elektrisch isolierendem Kühlmedium betrieben wird. Dadurch wird die Isolation auf die Keramik und die Kühlflüssigkeit verteilt. Dieser Ansatz wird in einem 20-kV Leistungsmodul demonstriert. Entsprechende Halbleiterbauteile sind in einigen Forschungslabors bereits verfügbar und werden in naher Zukunft als kommerziell erhältlich sein. Das Konzept kann jedoch auf viel höhere Spannungen erweitert werden, da zwischen Wärmeleitfähigkeit und elektrischer Isolierung kein Kompromiss mehr besteht.

Projektlaufzeit
01.10.2019 - 30.09.2022

Partner
SuperGrid Institute
Laplace
CeramTec

Förderung
Bundesministerium für Bildung und Forschung

Abgeschlossene Forschungsprojekte

LILIPUT - Leiterplattenintegrierter Dreipunktwechsler

LILIPUT - Leiterplattenintegrierter Dreipunktwechsler

Herausforderung
Elektrische Antriebssysteme finden bei mobilen Arbeitsmaschinen zunehmende Verbreitung. Typische Anforderungen sind eine hohe Leistungsdichte und geringe Netzrückwirkungen

Ansatz

  1. Antriebsumrichter mit 3-Level Topologie
  2. Leiterplattenembedding der Leistungshalbleiter
  3. Integrierte Wärmetauscher

Ergebnis
Demonstrator eines Antriebsumrichters mit minimierten Netzrückwirkungen und hoher Leistungsdichte.

Projektlaufzeit
1.6.2016 - 31.5.2019

Industriepartner
ABB
STW

Förderung
Bundesministerium für Bildung und Forschung
Forschung an Fachhochschulen

HiDrive - Hochintegrierter Antriebsumrichter

HiDrive - Hochintegrierter Antriebsumrichter

Herausforderung
Die Integration von Leistungshalbleitern zeigt viele Vorteile gegenüber der klassischen Aufbau- und Verbindungs-technik. Diese Technologie soll jetzt in einem Systemdemonstrator Anwendung finden und bewertet werden.

Ansatz

  1. Entwicklung eines Antriebsumrichters mit Leiterplattenintegrierten Halbleitern
  2. Vergleich mit einem in konventioneller Technologie hergestellten Referenzumrichter
     

Ergebnis
Labordemonstrator eines Antriebsumrichters mit hoher Leistungsdichte.

Projektlaufzeit
1.11.2016 - 31.7.2018

Industriepartner
temes engineering gmbh
jenoptik

Förderung
Bayerische Forschungsstiftung

ForanLisys - Forschungsanlage für die Leiter-plattenintegration von Elektroniksystemen

ForanLisys - Forschungsanlage für die Leiter-plattenintegration von Elektroniksystemen

Ziel
Investitionsprojekt zum Aufbau einer Fertigungsanlage für die Prozessentwicklung und zur Herstellung von Funktionsmuster, Prototypen und Kleinserien.

Ansatz

Erweiterung der Bestehenden Laboranlage um 

  1. Vakuum-Leiterplattenpresse
  2. Flip-Chip Bonder
  3. Laser zur Mikromaterialbearbeitung
  4. Dispensier und Kleberoboter
  5. 3D Oberflächenscanner

Projektlaufzeit
1.7.2017 - 31.12.2018

Industriepartner
temes engineering gmbh
STW
VAAS

Förderung
Bundesministerium für Bildung und Forschung
Forschung an Fachhochschulen

Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Till Huesgen

Tel. +49 (0) 831 2523- 9247
Fax +49 (0) 831-25-23-554

till.huesgen(at)hs-kempten.de

Standort

Leonhardstraße 19
87437 Kempten

Raum:
E1, E3, E3

 Anfahrt und Lageplan