Konzeption, Aufbau und Charakterisierung eines doppelseitig gekühlten leistungselektronischen Moduls

Im Rahmen des Forschungsprojektes „Integration von Leistungselektronik in die elektrische Maschine“ sollen am Institut für Prozessdatenverarbeitung und Elektronik (IPE) des KIT in Zusammenarbeit mit der Firma Schaeffler neuartige Aufbau- und Verbindungstechniken zur Herstellung von kompakten leistungselektronischen Modulen entwickelt und untersucht werden.

Motivation:
Konventionelle leistungselektronische Module werden nur einseitig gekühlt. Die im Halbleiter entstehende Hitze wird über das DCB Substrat und die Baseplate nach außen an den Kühlkörper geführt. Aufgrund der fortschreitenden Miniaturisierung der Leistungsmodule und den Einsatz von Wide-Bandgap Halbleitern (z.B. SiC) mit höheren Leistungsdichten steigt die Betriebstemperatur im Modul. Dieses Problem kann ausschließlich mit einer effektiveren Kühlung gelöst werden. Die doppelseitige Kühlung (Double-Sided Cooling) von Modulen wäre ein möglicher Lösungsansatz, da die Kühlleistung theoretisch verdoppelt werden kann.

Aufgabenbeschreibung:
Ziel der Arbeit ist die Entwicklung, Aufbau und Charakterisierung Quelle: Fraunhofer IZM eines kompakten und doppelseitig gekühlten SiC-Leistungsmoduls. Im Rahmen dieser Arbeit soll zunächst den Stand der Technik zum Thema Double-Sided Cooling recherchiert werden. Im darauf folgenden Arbeitsschritt werden unterschiedliche Konzepte zur Realisierung von beidseitig gekühlter Module erarbeitet und in der Simulationssoftware COMSOL thermisch bzw. thermo-mechanisch verifiziert. Notwendige Treiberbausteine und Kapazitäten müssen möglichst niederinduktiv an die Leistungshalbleiter an-gebunden werden, um das Leistungsmodul bei hohen Schaltfrequenzen betreiben zu können. Ein ausgewähltes Konzept wird als Modul mit modernen Fertigungstechniken (z.B. Ag-Sintern) und in einfachen Prozessschritten aufgebaut. Abschließend soll das beidseitig gekühlte Modul elektrisch und thermisch charakterisiert und die Kühlleistung des aufgebauten Moduls mit den Simulationsergebnissen verglichen werden.

Weitere Informationen

Unternehmen

Helmholtz Gemeinschaft

Bereich/Abteilung

Institut für Prozessdatenverarbeitung und Elektronik (IPE)

Abschlussart

Bachelorarbeit / Masterarbeit / Diplomarbeit

Branche

Elektrotechnik

Schlagwörter

COMSOL Double-Sided Cooling Halbleiter Leistungselektronik Verbindungstechnik

Anforderungen

• Sie sind Student(in) der Elektrotechnik, Maschinenbau oder Physik.
• Grundkenntnisse im Bereich Aufbau- und Verbindungstechnik sowie Kühlungstechnik sind von Vorteil.

Zusatzinformationen

Institut für Prozessdatenverarbeitung und Elektronik (IPE)

Bei entsprechender Eignung werden schwerbehinderte Bewerber/innen bevorzugt berücksichtigt.