Thema: Teilvorhaben „Entwicklung von Sinterprozessen für den Aufbau von Aluminium-Kühlkörpern“ im Verbundprojekt "Korrosionsresistente Aufbau- und Verbindungstechnik für Leistungselektronik (KoKo-Power)"

Finanzierung: Bundesministerium für Bildung und Forschung

Forschungskennzahl: 16ME0371

Fördersumme: 441.441,00 €

Laufzeit: 01.05.2021 bis 30.04.2024

Projektleiter: Prof. Dr. Ronald Eisele

Koordinator: budatec GmbH

Kooperationspartner: Fachhochschule Kiel | Nano-Join GmbH | Berliner Nanotest und Design GmbH | IQ evolution GmbH | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.

Kurzfassung: Für elektrische Fahrzeuge jeder Art ist die Antriebselektronik eine Schlüsselkomponente. Bei der Antriebsleistung werden sogenannte direkt-flüssig gekühlte Leistungsmodule eingesetzt. Für eine gute Kühlleistung sind Kupferkühler mit kupfernen Wasserkühlfinnen der Stand der Technik. Allerdings tritt hier ein neues Phänomen auf: Kontaktkorrosion zwischen dem wassergekühlten Antriebsmotor mit dem Stator aus Aluminium und dem im gleichen Kühlkreislauf befindlichen kupfergekühlten Leistungsmodul.

Dieser Zersetzungsprozess durch Korrosion soll im Gesamtvorhaben KoKo-Power behoben werden. Dazu werden in diesem Teilvorhaben für eine Antriebselektronik (Leistungshalbbrücke) ein Konzept und ein Aufbau für den korrosions-kompatiblen Einsatz in Elektrofahrzeugen unter Verwendung von Al-Kühlkörpern entwickelt. Ziel ist ein Antriebsmodul, welches mit wasserberührenden, 3D-strukturierten Aluminiumelementen und einem keramischen Substrat durch Niedertemperatursintern auf Basis von Silber realisiert wird. Damit wird der klassische Kupferkühlkörper durch einen Aluminiumkörper ersetzt.

Technisches Ziel ist ein All-in-One-Sinterschritt, bei dem der Halbleiter, das keramische Substrat und der Aluminium-Kühlkörper miteinander gefügt werden. Durch diese Entwicklung wird eine korrosiv und mechanisch bedingte Zerstörung weitestgehend vermieden, so dass eine kostenoptimierte, robuste und leistungsfähige Antriebselektronik entsteht. Dazu müssen sowohl eine geeignete Sintermaschine als auch alle Designs, Produktionsprozesse und Eigenschaften von Komponenten neu entwickelt und verifiziert werden, denn Sintern mit großen thermischen Massen (Flüssigkühler) und Sintern auf Aluminium und (Edel-)Stahl sind keine etablierten Lösungen heutiger Fertigungsprozesse.