Aufbau- und Verbindungstechnik Power Embedding für die Elektromobilität der Zukunft

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Damit die Transformation zur Elektromobilität klappt, müssen die Reichweiten und Ladegeschwindigkeiten der Akkus Werte erreichen, die nur mit hohen Spannungen und Stromstärken zu erzielen sind. Die höhere elektrische Leistung bringt konventionelle Regeltechnik aber rasch an ihre Grenzen. Die Power-Embedding-Technologien von AT&S lösen dieses Problem nachhaltig.

Ein Elektroauto, das in zehn Minuten vollständig geladen ist und dann eine Reichweite von 1.000 km liefert, ist nicht länger unrealistisch. Moderne Akkus, Schnell-Ladestationen mit entsprechender Leistung und effiziente Leistungselektronik haben in den vergangenen Jahren dafür gesorgt, dass Elektroautos auch beim Reisekomfort immer konkurrenzfähiger geworden sind. Um hier weitere Verbesserungen zu erzielen, sind allerdings grundlegende Veränderungen an der Leistungselektronik erforderlich.

„Der Wechselstrom aus dem Netz wird mit Umrichtern in Gleichstrom gewandelt, der in den Akkus gespeichert werden kann. Je höher die elektrische Leistung ist, die das System aufnehmen kann, desto schneller kann ich ein E-Auto laden. Das erfordert aber Leistungselektronik, die mit hohen Stromstärken und Spannungen umgehen kann. Derzeitige Umrichter nutzen Halbleiterschaltungen, die mit Drahtbonding-Technologie angeschlossen werden, deren Lebensdauer sinkt, wenn die geforderten Leistungen weiter steigen. Wir haben Lösungen entwickelt, die es den Automobilherstellern erlauben, die nächsten Generationen ihrer Schnell-Ladetechnologien zu verwirklichen“, erklärt AT&S-CTO Peter Griehsnig.

Leichter, widerstandsfähiger und grüner

Der österreichische Leiterplattenspezialist AT&S kombiniert neue Halbleitermaterialien wie Galliumnitrid und Siliziumkarbid mit der „Power Embedding“ genannten Aufbau- und Verbindungstechnik. Damit lassen sich Schalter für Umrichter herstellen, die kleiner, langlebiger und effizienter sind als bestehende Modelle.

„Unsere eingebetteten Halbleiterchips vertragen bis zu 1.500 V und bis zu 200 A. Umrichter mit unserer Embedding-Technologie brauchen weniger Platz, sparen Gewicht und sind flexibel im Design. Zahlreiche Autohersteller zeigen deshalb bereits Interesse und arbeiten mit uns in mehreren EU-Forschungsprojekten wie „HiEfficient“ und „HiPower 5.0“ an zukünftigen Entwicklungen“, erzählt Mike Morianz, Program Manager bei AT&S.

Module mit Halbleitern aus GaN und SiC werden derzeit mittels Drahtbonding mit der Leiterplatte kontaktiert. Die Österreicher schaffen es dagegen beim Power Embedding, mehrere Halbleiterchips parallel mit Microvia-Verbindungen und Sinterlaminierung nach vorgegebenen Designs einzubetten. „Dadurch lassen sich Effizienz und Zuverlässigkeit deutlich steigern. Die Verluste sind geringer, die Lösung nimmt nur halb so viel Platz in Anspruch und überdauert im Vergleich zu herkömmlicher Technologie zehnmal so viele Schaltzyklen“, sagt Morianz.

Nicht nur in Elektroautos werden Reichweite und Schnell-Ladetechniken immer wichtiger. In Skandinavien werden derzeit bereits akkubetriebene Fähren getestet, die innerhalb der kurzen Anlegezeiten in nur wenigen Minuten geladen werden können. Auch in diesem Bereich kann die Technik Partnern helfen, die Verkehrs- und Transportinfrastruktur von morgen langlebiger und nachhaltiger zu gestalten. (kr)

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