Thema: Verbundprojekt: Vertrauenswürdige europäische SiC-Lieferkette für energieeffiziente Leistungselektronik (TRANSFORM)

Laufzeit: 01.05.2021 bis 30.04.2024

Finanzierung: H2020-EU.2.1.1.7.

Forschungskennzahl: 101007237

Fördersumme: 309.581,56 €

Finanzierung: Bundesministeriums für Bildung und Forschung

Forschungskennzahl: 16MEE0133

Fördersumme: 309.599,00 €

Projektleiter: Prof. Dr. Ronald Eisele

Koordinator: ROBERT BOSCH GMBH

Kooperationspartner: FACHHOCHSCHULE KIEL | SOITEC SA | COMMISSARIAT A L ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES | STMICROELECTRONICS SRL | STMICROELECTRONICS SILICON CARBIDE AB | SEMIKRON ELEKTRONIK GMBH & CO. KG | APPLIED MATERIALS FRANCE | FRAUNHOFER GESELLSCHAFT ZUR FOERDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG E.V. | TECHNISCHE UNIVERSITAET CHEMNITZ | VALEO SIEMENS E AUTOMOTIVE FRANCESAS | AIXTRON SE | CENTROTHERM INTERNATIONAL AG | EV GROUP E. THALLNER GMBH | NOVASIC SA | DANFOSS SILICON POWER GMBH | SAINT-GOBAIN CENTRE DE RECHERCHES ET D'ETUDES EUROPEEN | MERSEN FRANCE GENNEVILLIERS SAS | HOCHSCHULE HAMM-LIPPSTADT | TECHNISCHE UNIVERSITAT KAISERSLAUTERN | HIGH PERFORMANCE ENGINEERING SOCIETA A RESPONSABILITA LIMITATA | CONSORZIO NAZIONALE INTERUNIVERSITARIO PER LA NANOELETTRONICA | CENTRALE LILLE INSTITUT | LASERTEC USA INC | INSTITUT MIKROELEKTRONICKYCH APLIKACI SRO | VYSOKE UCENI TECHNICKE V BRNE | LINKOPINGS UNIVERSITET | SOITEC LAB | SURAGUS GMBH | SAINT-GOBAIN INDUSTRIEKERAMIK RODENTAL GMBH | NANO-JOIN GMBH | TPLUS ENGINEERING GMBH | ISLE STEUERUNGSTECHNIK UND LEISTUNGSELEKTRONIK GMBH | UNIVERSIDAD DE SEVILLA | PREMO S.A.U.

Kurzfassung: Leistungselektronik auf der Basis von Siliziumkarbid nutzt elektrische Energie wesentlich effizienter als derzeitige Halbleiter auf Siliziumbasis: je nach Anwendung werden Steigerungen von 6 % bis 30 % erwartet. Die 35 europäischen Kooperationspartner*innen werden mittels des Projektes TRANSFORM den europäischen nachgelagerten Marktteilnehmenden eine zuverlässige Quelle für SiC-Komponenten und -Systeme bieten, die auf einer vollständig europäischen Wertschöpfungskette basieren - von Substraten bis zu Energiewandlern. Seine technische Exzellenz stärkt die globale Wettbewerbsposition Europas. TRANSFORM verbessert die derzeitigen SiC-Technologien über den Stand der Technik hinaus, um die großen aufstrebenden Märkte für die Stromumwandlung in den Bereichen erneuerbare Energien, Mobilität und Industrie zu bedienen.

Das Projekt wird Energieeinsparungen in Anwendungen (DC/AC, DC/DC, AC/DC) im Bereich der erneuerbaren Energien, der Industrie und der Automobilindustrie demonstrieren. TRANSFORM trägt zu den gesellschaftlichen Zielen Europas und der grünen Wirtschaft bei, indem es die Energieeffizienz durch die Bereitstellung einer wettbewerbsfähigen, industrietauglichen Technologie erheblich steigert und die technologische Souveränität Europas in einem kritischen Bereich stärkt.

Halbleiter aus Siliziumkarbid sind klein, leistungsfähig und extrem effizient. Mit ihnen kann die Leistungselektronik in Batterien und Sensoren deutlich verbessert werden. ZIEL UNSERES TEILVORHABENS ist die Entwicklung einer neuartigen Modulvariante zur effektiven Nutzung von Siliziumkarbid-Halbleitern. Das Modul wird hierbei in Form eines Leadframe-Stapelaufbaus, in Kombination mit einer organischen Verbindungsschicht, erstellt. So werden zwei grundlegende Verbesserungen erzielt:

  1. Eine verbesserte mechanische Stabilität und ein optimierter Wärmetransport vom Halbleiter bis zum Kühlungssystem
  2. Eine Verbesserung der Schalteigenschaften bei hochfrequenten Schaltvorgängen durch eine Reduzierung der parasitären Induktivität

Die Herausforderung liegt darin, die große Fehlanpassung der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Kupfer-Lead-Frame und dem Siliziumkarbid-Halbleiter zu reduzieren und dadurch die thermomechanische Belastung des Halbleiters zu verringern. Die Reduzierung wird ggf. durch neuartige, an die Wärmeausdehnung angepasste Materialien realisiert. Es werden sowohl sandwichstrukturierte Verbundmaterialien als auch Gradientenwerkstoffe analysiert und bewertet. Durch dieses neuartige Modulkonzept wird das volle Potenzial von Siliziumkarbid-Halbleitern genutzt und es wird eine Optimierung der thermischen und thermomechanischen Eigenschaften erzielt.