WireLife - Lebensdauer neuer Aluminiumdrähte der Leistungselektronik

Bondkontakt

Forschungsprojekt im Überblick

Zur Übertragung elektrischer Leistungen in Steuergeräten und Leistungselektronikmodulen werden meist Draht- oder Bändchen-Verbindungen aus Aluminium eingesetzt. Da die Verbindungsstellen der Drähte und Bändchen i.d.R. auf Substraten aus unterschiedlichen Materialien liegen und die Bauteile häufig externen Temperaturunterschieden ausgesetzt werden, können im Betrieb Risse im Material entstehen und zu einem Komplettausfall des Bauteils führen, der nicht durch einfache konstruktive Änderungen abgestellt werden kann.
Bonddraht

Projektleitung an der H-BRS

Projektbeschreibung

Drahtspulen
Quelle: Heraeus Electronics

Zur Übertragung elektrischer Leistungen in Steuergeräten und Leistungselektronikmodulen werden meist Draht- oder Bändchen-Verbindungen aus Aluminium eingesetzt. Aluminium kommt dort zum Einsatz, wo über Bondverbindungen große Energieübertragungen stattfinden, da es, bezogen auf sein spezifisches Gewicht, einer doppelt so hohen Strombelastung wie Kupfer standhalten kann. Da die Verbindungsstellen der Drähte und Bändchen i.d.R. auf Substraten aus unterschiedlichen Materialien liegen und die Bauteile häufig externen Temperaturunterschieden ausgesetzt werden, können im Betrieb Risse im Material entstehen und zu einem Komplettausfall des Bauteils führen, der nicht durch einfache konstruktive Änderungen abgestellt werden kann.

Bondkontakt
Quelle: Heraeus Electronics

In WireLife sollen Computermodelle erarbeitet und mit experimentellen Daten hinterlegt werden, die es ermöglichen die Herstellungskosten der Drähte und Bändchen zu senken, ohne gleichzeitig die Performance der Verbindungen zu reduzieren. Weiterhin sollen die Entwicklung neuer Hochleistungslegierungen und deren Markteinführung unterstützt werden. Hierzu werden numerische Vorhersagemodelle des Standard-Herstellungsprozesses sowie alternativer Herstellungsrouten entwickelt und mit experimentellen Untersuchungen an einer kommerziellen Aluminium-Legierung validiert. Zusätzlich werden detaillierte Lebensdauermodelle unter Berücksichtigung temperaturabhängiger Materialeigenschaften sowie mikrostrukturbasierter Anisotropie und ggf. Kristallplastizität ausgearbeitet. Hiermit werden neue Legierungsvarianten mit besserer Temperaturstabilität und Leitfähigkeit untersucht und hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit in der Leistungselektronik bewertet. Die industrielle Anwendbarkeit wird durch Bondversuche und anwendungsnahe elektrische Belastungstests überprüft.

Publikationen

FH-Kooperativ 2-2020: Lebensdauer neuer Aluminiumdrähte der Leistungselektronik (DE/BMBF/13FH544KX0)

2023 | 2022

2023

Cassandra Moers, Christian Dresbach, Holm Altenbach: A Fatigue Lifetime Prediction Model for Aluminum Bonding Wires.
PDF Download (CC BY 4.0) doi:10.3390/met13101781 urn:nbn:de:hbz:1044-opus-75701 BibTeX | RIS

2022

Cassandra Moers, Christian Dresbach: Influence of R-Ratio on Fatigue of Aluminum Bonding Wires.
PDF Download (CC BY 4.0) doi:10.3390/met13010009 urn:nbn:de:hbz:1044-opus-65588 BibTeX | RIS

Kooperierende Professorinnen und Professoren

Wissenschaftliche Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter

Externe Kooperationspartnerinnen und Kooperationspartner

Heraeus

Finanzierung

Das Projekt WireLifeLebensdauer neuer Aluminiumdrähte der Leistungselektronik (FKZ 13FH544KX0) wird finanziert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen des Förderprogramms Forschung an Fachhochschulen.

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