Zuverlässigkeit von Leistungselektronik/Modulen in Elektrofahrzeugen

Das Projekt TRACE umfasst mehr als 30 europäische Partner, deren Ziel es ist, eine Methodik zu entwickeln, die den Einsatz von elektronischen Halbleiterbauelementen und -technologien in Automobilanwendungen unter transparenten Regeln und Einschränkungen ermöglicht. Diese Entwicklung der Automobilelektronik hin zu autonomen Fahranwendungen bringt vielfältige Herausforderungen mit sich, insbesondere auch an die zuverlässige Funktionalität. In manchen Fällen fehlt es an speziellen automobiltauglichen Komponenten und es müssen Consumer-Komponenten verwendet werden, die kaum die Automobilnormen erfüllen. Viele der Zuverlässigkeitsherausforderungen sind thermomechanischer Natur, da der Einsatz im Automobilbereich den Einsatz in einer viel raueren Umgebung bedeutet. Wesentlicher Aufwand wurde in die Identifizierung von Unterschieden oder Lücken auf Komponenten-, System und Anwendungsebene investiert. Das Fraunhofer ENAS arbeitet zusammen mit den Partnern daran, auf der Grundlage von »Physics of Failure« Bewertungsstrategien zu entwickeln, die die meisten kritischen Fehlermechanismen abdecken, um Produktfehlfunktionen aufgrund typischer Fahrzeuglasten zu vermeiden. Charakteristische Zuverlässigkeitsherausforderungen wie SnAgCu-(SAC)-Lötermüdung oder systeminduzierte in-plane- und Verwölbungseffekte auf Komponenten wurden aufgedeckt und ein neuer dedizierter Testaufbau entworfen, um die Auswirkungen der Montage zu untersuchen. Die Entwicklung und Anwendung kombinierter experimenteller numerischer Techniken zur Bewertung und Vermeidung thermo-mechanischer Fehler führte zu Test- und Simulationsstrategien, wie sie in der Abbildung auf Seite 52 dargestellt sind. Die Analysemethoden der »Physics of Failure«, die mit den für den CE/AE-Transfer vorgesehenen Systemen verknüpft sind, haben gezeigt, dass sie für Zuverlässigkeitsanalysen und die Bewertung von 3D-Strukturen, die in rauen Umgebungen eingesetzt werden, allgemein anwendbar sind.