Die Entwicklung verlustarmer Leistungselektronik ermöglicht effiziente Elektromobilität und regenerative Energiesysteme. Mit den neuen, leistungsfähigeren Halbleitermaterialien wachsen auch die Anforderungen an das in der Leistungselektronik eingesetzte Fügematerial. Das sog. Silbersintern löst durch seine hervorragenden Materialeigenschaften und hohe Beständigkeit konventionelle Weichlote in leistungselektronischen Modulen ab. Die Verwendung von hochwertigen Silberpartikeln als Fügematerial führt allerdings auch zu gesteigerten Kosten für Leistungselektronik. In dieser Arbeit werden Kupferpartikel als Substitut für Silber in einem Fügematerial für Leistungselektronik untersucht. Die Eigenschaften der im Drucksintern erzeugten kupfernen Verbindungsschichten werden beschrieben. Die Auswertung der gesinterten Gefügestruktur, elektrischen Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit, thermischen Ausdehnung und mechanischen Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Plastizität sowie Kriechverhalten ermöglichen die Einordnung des Kupfer-Sintermaterials gegenüber bestehenden Fügetechnologien. Der Einfluss der Prozessfaktoren (Druck, Temperatur und Prozesszeit) auf die Eigenschaften der gesinterten Kupferverbindung wird dargelegt und erlaubt die Bewertung der industriellen Umsetzbarkeit anhand eines Prozessfenster. In Alterungstests sowie passiven und aktiven Zuverlässigkeitstests wird das Potential von Kupfer als Fügematerial für Leistungselektronik der Zukunft gezeigt.
Aktualisiert: 2023-04-20
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Der Karosseriebau stellt einen der bedeutendsten Schritte in der Wertschöpfungskette moderner Fahrzeuge dar. Der Einsatz unterschiedlicher Werkstoffe sowie Ausführungen derzeitiger Fahrzeugkarosserien führt zu neuen Karosseriekonzepten wie dem Multi-Material-Design. Die spezifischen Eigenschaften einzelner Werkstoffe stellen jedoch insbesondere für die Fügetechnik neue Herausforderungen dar. Dementsprechend steigt die Vielfalt der zur Auswahl stehenden Fügetechnologien zum Verbinden der Werkstoffkombinationen. Die Auswahl der einzusetzenden Fügetechnologie basiert grundsätzlich auf den Erfahrungen der Produktentwicklung. Wissenschaftliche Ansätze beschränken sich im Rahmen des Auswahlprozesses von Fügetechnologien oftmals auf die ökonomische Bewertung für einzelne Fügepunkte. Ein integrierter Bewertungsansatz, welcher bereits während der Festlegung von Werkstoff und Konstruktion die Aspekte der Fügetechnik hinsichtlich ökonomischer, ökologischer sowie technologischer Faktoren für eine gesamte Baugruppe umfasst, existiert bisher nicht. Aufgrund der Intransparenz hinsichtlich monetärer und nicht-monetärer Eigenschaften der jeweiligen Fügetechnologie sowie der zunehmenden Entscheidungskomplexität leitet sich der Bedarf nach einer methodischen Unterstützung des Auswahlprozesses ab. Ziel der Forschung ist es, durch die Entwicklung einer multidimensionalen Auswahlmethodik eine optimierte Entscheidungsfindung in der Karosserieentwicklung zu ermöglichen.
Aktualisiert: 2022-12-15
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