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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Mathematik gegen Risse in elektronischen Bauteilen |
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| | | Kontaktierungssysteme in der Hochleistungs-Elektronik sind Spannungen ausgesetzt, die zu mechanischem Versagen führen können. Ein Forschungsprojekt der Augsburger Angewandte Analysis und der TU München soll durch die Simulation des Betriebsverhaltens zu einer Optimierung solcher Systeme führen. |
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Wichtige industrielle Anwendungen |
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In der industriellen Anwendung spielen solche Kontaktierungssysteme - z. B. Konvertermodule - eine wichtige Rolle. Sie werden in Stromrichtern zur elektrischen Energieerzeugung und -übertragung eingesetzt, ebenso bei elektrischen Antrieben in stationären Anlagen oder auch in Fahrzeugen, etwa in Hochgeschwindigkeitszügen.
Die Module haben eine Grundplatte aus Kupfer, die als Verbindung zu einem Kühlkörper dient. Auf ihr sind aktive Hochleistungs-Halbleiterbauelemente in Silizium-Chips integriert. Diese wiederum sind auf mehreren Lagen unterschiedlicher Materialien aufgebracht, die durch Lote verbunden sind.
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Spannungen erzeugen Spannungen
Bedingt durch sehr hohe Spannungen und Ströme erwärmen sich die Halbleiterbauelemente und heizen das gesamte Modul auf. Dies führt zu thermomechanischen Spannungen und somit zu Deformationen der Materialien, die mechanisches Versagen durch Rissbildung und Bruch zur Folge haben können. |
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Risikominimierung und Störfallsimulation |
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Das Risiko bzw. die Wahrscheinlichkeit solcher Rissbildungen und Brüche durch eine optimale Auslegung der Modulaufbauten und der
Kühlmechanismen zu vermindern oder auszuschließen, ist das Ziel des interdisziplinären Forschungsvorhabens.
Hierfür wird das Betriebsverhalten solcher Modulaufbauten im Normal- wie im Störfall mathematisch modelliert und numerisch simuliert. Ebenso simuliert werden die aus Wärmespannungen resultierenden Versagensmechanismen, also die Rissbildung, die Rissfortschreitung und der schließliche Bruch.
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01.01.2010 |
