Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie
Besuchen Sie unsere Expert*innen auf der PCIM!
Sind Sie neugierig, was wir Ihnen auf dieser spannenden Veranstaltung präsentieren werden? Unten finden Sie faszinierende Informationen zu unseren innovativen Exponaten!
PCIM 2025
Leistungselektronik
PowerCare
Jährlich Megatonnen von Treibhausgasemissionen in Industrie und Mobilität einsparen durch intelligente Leistungselektronik mit neuartigen Galliumnitrid-Halbleitern in Motorsteuerungen?
Um eine Unabhängigkeit von fossilen Energieträgern und den Umstieg auf regenerative Energiequellen umzusetzen, muss eine weitgehende Elektrifizierung von Produktion und Mobilität stattfinden. Damit steigt der Bedarf an kompakter, energieeffizienter und zuverlässiger Leistungselektronik. Im Projekt PowerCare werden neuartige vertikale Galliumnitrid-Leistungshalbleiter sowie echtzeitfähige Ausfallmodelle entwickelt und in einem Motorantrieb eingesetzt. Hierbei verfolgt PowerCare einen neuen Ansatz im Überwachungskonzept durch eine miniaturisierte Motorsteuerung mit integrierter KI-Ausfallvorhersage. Damit legt das Projekt den Grundstein für die nächste Evolutionsstufe intelligenter, nachhaltiger Leistungsmodule.
Innovative Bauelemente
From Planar to Vertical: Custom Solutions for Advanced Si- and GaN-based Power Electronics
Das Fraunhofer ISIT unterstützt die kontinuierliche Miniaturisierung von Leistungselektronik-Applikationen bei gleichzeitig erhöhter Leistungsdichte auf System- und Bauelementeebene und bietet die Entwicklung von Bauelementen wie anwendungsspezifische PowerMOS-Transistoren auf Siliziumbasis, IGBTs und Dioden mit Sperrfähigkeiten bis 1200V sowie fortschrittliche Leistungstransistoren und Dioden auf Galliumnitridbasis mit hervorragenden elektrischen Eigenschaften und Schaltgeschwindigkeiten bis in den ns-Bereich.
Unsere Use Cases:
- Automotive power inverters for EV drives
- Passive Bauelemente für hochfrequente Schaltnetzteile - Mikrospulen
- Silicon Membrane Technology zur polymerfreien Realisierung von Filterstrukturen
Elektronische Energiesysteme
Digitaler Zwilling für Leistungselektronik
Thermische digitale Zwillinge sind Simulationsmodelle, die parallel zu einem physischen System laufen und deren Parameter während der Lebensdauer auf der Grundlage von Echtzeitmessungen dynamisch aktualisiert werden, um eine optimale Genauigkeit zu gewährleisten.
Unsere thermischen digitalen Zwillinge modellieren das thermische Verhalten von Leistungsmodulen, um ihre Temperatur und ihren allgemeinen Gesundheitszustand abzuschätzen. Durch die Messung einer begrenzten Anzahl von Temperaturen innerhalb eines Leistungsmoduls wird ein umfassendes äquivalentes thermisches Modell ggeschätzt. Dieses Modell wird dann verwendet, um die Temperaturen der Transistoren genau abzuschätzen und den Grad ihrer Verschlechterung zu beurteilen.
Unsere Technologie ermöglicht es Ihnen, mehr Leistung und weniger Ausfallzeiten aus Ihrer Hardware herauszuholen:
- Online-Alterungsüberwachung durch kontinuierliche Überwachung der Degradation durch das thermische System während des Online-Betriebs, um Ausfallzeiten zu vermeiden.
- Optimierte Wartungsplanung durch Abschätzung der Restnutzungsdauer.
- Erweiterung der PQ-Leistungskurve und Überlastungsfähigkeit dank der genauen Abschätzung der Sperrschichttemperatur, die eine Reduzierung der Designmargen ermöglicht.
- Geringere Kosten und geringerer Platzbedarf durch Minimierung der Designmargen.
- Verlängerung der Lebensdauer mit dedizierter Steuerung.
Energieumwandlung
Wir entwickeln und testen Leistungswandler für kleine bis mittlere Leistungen für Anwendungen wie Antriebe und Netzanschlüsse. Wir verwenden modernste Technologien, die einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Leistungsdichte ermöglichen, wie z. B. GaN, SiC, planare Transformatoren und integrierte Multiport-Topologien. Durch die Kombination von Hardware- und Software-Ansätzen stellen wir sicher, dass wir einen optimalen Betrieb bei minimalen Herstellungs- und Betriebskosten erreichen können.
Unser Ansatz der aktiven Zuverlässigkeit ermöglicht es uns, hochverfügbare Lösungen anzubieten, indem wir Hardware- und Softwareansätze zur Fehlertoleranz kombinieren - immer mit minimaler Redundanz.
Unsere umfangreichen Power Hardware in the Loop (PHiL) Testeinrichtungen dienen zur Bewertung der Leistung von Konvertern unter realistischen Bedingungen und spezifischen Einsatzprofilen.
Planartransformatoren - Magnetische Komponenten
Da die Leistungselektronik immer kompakter und effizienter wird, während passive Bauelemente einen erheblichen Anteil des Volumens einnehmen, wird das optimale Design der magnetischen Komponenten immer wichtiger. Effizienz, Minimierung und Reproduzierbarkeit parasitärer Elemente, Kompaktheit und Formfaktor sind einige der wichtigsten Attribute, auf die es bei der Entwicklung ankommt.
Am Fraunhofer ISIT entwerfen und charakterisieren wir Magnete, die auf konventionellen und planaren Magnetkernen basieren. Mit einem starken Hintergrund in der Modellierung führen wir eine multikriterielle Optimierung von Leistungstransformatoren und Magneten durch, insbesondere im Hinblick auf die Leistungsdichte und den Wirkungsgrad, aber auch mit Blick auf die Kosten. Unsere Transformatoren sind für den Betrieb bis zu >200 kHz und mit einer Leistung von über 30 kW ausgelegt.
Dank unseres Fachwissens und unserer Einrichtungen für die Entwicklung und Prüfung von Leistungswandlern können wir jede Anwendung ganzheitlich betrachten und eine Optimierung auf Systemebene vornehmen.
Mikro-Fertigungsverfahren
Custom Module Services
Thermographie an einem defekten Transformator
CT an einem In-Ear Lautsprecher
Die Arbeitsgruppe Module Services bietet umfassende Qualitäts- und Zuverlässigkeitsanalysen sowie Prozessoptimierung an. Dabei nutzen wir unser vielfältiges Analyseportfolio wie z.B. Röntgen (2D, 3D, Laminographie), optische Inspektion, metallographische Präparation sowie elektrische Tests (unter anderem: aktive und passive Auslagerung und elektrische Lastwechsel bis 2000A). Ergänzt wird dieses Portfolio durch Methoden zur beschleunigten Alterung wie Temperatur- und Klimaauslagerung, z.B. unter elektrischer Last.
Jahrzehntelange Erfahrung in der Qualitäts- und Zuverlässigkeitsbewertung sowie der Schadensanalyse von Komponenten, Modulen und Systemen elektronischer Baugruppen aller Anwendungsgebiete von der Steuerungselektronik bis hin zur Leistungselektronik liefern die Basis für eine zielgerichtete Analyse. Ergänzt durch unser umfangreiches Fertigungs-Know-how elektronischer Systeme bietet dies die Grundlage für eine qualifizierte Ursachenforschung und daraus resultierende Prozess- und Fertigungsoptimierung zur Herstellung fertigungsgerechter, kostenoptimierter und zuverlässiger Elektronik.
Gerne unterstützen wir Sie mit Analytik und Fertigungs-Know-how bei der Einführung neuer Technologien, der Qualitätsbewertung bestehender Produkte und Prozesse sowie der Schadensanalyse und Zuverlässigkeitsbewertung Ihrer Produkte.
