6. Juli 2022
Forscherinnen und Forschern der Professur Elektrische Energiewandlungssysteme und Antriebe an der Technischen Universität Chemnitz ist erstmals der 3D-Druck von Gehäusen für leistungselektronische Bauelemente gelungen. Dabei werden während des Druckvorgangs Silziumcarbid-Chips an einer dafür vorgesehenen Stelle der Gehäuse positioniert.
Beim 3D-Druck der Gehäuse kommen keramische und metallische Pasten zum Einsatz. Die Pasten werden nach dem Druckvorgang, zusammen mit dem eingedruckten Chip gesintert. Dieser Vorgang stellt auch die Besonderheit dieser Methode dar. Keramik dient als Isolationsmaterial und Kupfer wird zur Kontaktierung der Gate-, Drain- und Source-Flächen der Feldeffekttransistoren verwendet.
Es stehen nun Antriebskomponenten zur Verfügung, die Temperaturen über 300°C aushalten. Der Wunsch nach einer temperaturbeständigeren Leistungselektronik war naheliegend, denn die Gehäuse für leistungselektronische Bauelemente werden traditionell möglichst nahe am Motor installiert und sollten daher über eine ebenso grosse Temperaturbeständigkeit verfügen.
Ein Forschungsteam stellte in den vergangenen Monaten mehrere Prototypen der additiv paketierten Leistungshalbleiter auf Siliziumcarbid-Basis her. Neben der hervorragenden Temperaturbeständigkeit bietet diese Technologie diese Vorteile: Zum einen verspricht sie durch die beidseitige, flächige und lotfreie Kontaktierung der Chips eine längere Lebensdauer hinsichtlich der Anzahl der Lastwechselzyklen sowie eine bessere Kühlung und damit Ausnutzbarkeit der Chips. Aufgrund der im Vergleich zu Kunststoffen höheren thermischen Leitfähigkeit der Keramik und der für den 3D-Druck üblichen Designfreiheit lassen sich leicht speziell angepasste Kühlgeometrien im Gehäuse und an dessen Oberfläche realisieren. Zudem sei so zur Herstellung eines leistungselektronischen Bauelements nach der Produktion der Siliziumcarbid-Chips selbst nur ein einziger Arbeitsschritt notwendig. Das Verfahren soll nun zur Marktreife weiterentwickelt werden.