Bestimmung der Alterung der AVT von Leistungshalbleitern durch Auswertung der Magnetfeldsignatur

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Gerd Griepentrog
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 423760882

Die Alterung der Leistungsmodule ist ein bestimmender Faktor für die Lebensdauer und Zuverlässigkeit leistungselektronischer Systeme, wie z. B. Umrichter für Windkraftanlagen, Elektrofahrzeuge, sowie industrielle Antriebe. Für sicherheitskritische und mobile Anwendungen ist es deshalb wünschenswert, den Alterungszustand bzw. drohenden Ausfall detektieren zu können, um unvorhergesehene Ausfälle zu vermeiden und eine zustandsorientierte Wartung sicherzustellen.Bisher vorgestellte Verfahren beruhen auf der indirekten Ermittlung der Chiptemperaturen und vergleichen diese mit einer erwarteten Temperatur unter Zugrundlegung eines thermischen Widerstandes und der ermittelten Verluste. Das Verfahren arbeitet in situ und es sind - neben der Ausrüstung mit Magnetfeldsensoren außerhalb und entsprechender Messwertverarbeitung - keine Eingriffe in das Modul erforderlich. In diesem Projekt soll ein neues Verfahren untersucht werden, welches die räumliche Verteilung des Magnetfeldes um den Leistungshalbleiter bzw. um das Leistungsmodul auswertet und hieraus Rückschlüsse auf die Alterung der Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) zieht.Dem liegt zugrunde, dass sich die Alterung der AVT im Wesentlichen durch thermomechanische Ermüdung von Chiplot und Kupfer-Laminierung sowie Ablösung von Bonddrähten manifestiert - diese Ablösungserscheinungen bei gleichem Strom durch den Chip in einer anderen Stromdichte- und damit Magnetfeldverteilung um den Chip resultieren. Im Projekt sollen die theoretischen Grundlagen für dieses Verfahren erarbeitet und experimentell verifiziert werden. Insbesondere ist es das Ziel des Projektes, die Korrelation der thermomechanischen Alterung mit der Änderung der Magnetfeldsignatur zu bestimmen sowie zu untersuchen, wie eine geeignete Sensorik und Messdatenauswertung ausgestaltet werden muss, um auch unter "EMV-feindlichen" Einsatzbedingungen brauchbare Mess-Signale zu erhalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen