Elektrische Verbindungsdrähte langlebiger machen
Prof. Dr. Christian Dresbach und seine Doktorandin Cassandra Moers betrachten einen Draht in einer Universalprüfmaschine. Foto: Pascal Kimmich
Sie sind maximal einen halben Millimeter dünn und nur so lang wie ein Fingernagel, aber dennoch funktioniert kaum ein elektrisches Gerät ohne sie.
Bonddrähte werden dort eingesetzt, wo elektrische Signale übertragen oder elektrische Leistung transportiert werden muss. Braucht es eine besonders intensive Leistung, wie zum Beispiel in Elektrofahrzeugen oder Windkraftanlagen, kommen unter anderem Bonddrähte aus hochreinem Aluminium zum Einsatz.
Ein interdisziplinäres Forschungsteam der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg arbeitet nun an Computermodellen, mit denen die Leistungsfähigkeit der Drähte berechnet werden soll. Außerdem wollen die Forschenden zur Entwicklung langlebigerer Drähte beitragen.
Im Projekt WireLife verfolgen die Forscherinnen und Forscher unter Leitung des Materialwissenschaftlers Professor Christian Dresbach erstmals den Ansatz, den gesamten Herstellungsprozess vom Guss des Metalls bis hin zum fertiggezogenen Draht zu analysieren.
In jedem Stadium führen sie dazu Zug- und Druckversuche unter verschiedenen Temperatureinflüssen durch und untersuchen die Mikrostruktur des Materials. Im Anschluss nutzt der industrielle Kooperationspartner Heraeus den Draht, um zwei Komponenten innerhalb eines Moduls zu verbinden. Dazu bringt das Unternehmen ihn mit Hilfe von Ultraschall in einem Bogen an der richtigen Stelle an. Dieser Prozess des Bondens gibt dem Draht seinen Namen. Der Grad der Biegung hat einen Einfluss auf seine Haltbarkeit.
Das fertige Modul setzen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wiederum einer elektrischen Dauerbelastung und damit auch unterschiedlichen Temperaturbedingungen aus. In Zusammenarbeit mit dem Kooperationspartner möchten die Forschenden so den Herstellungsprozess optimieren: „Eines unserer Ziele ist es, möglichst langlebige Drähte herstellen zu können. Gleichzeitig soll die Produktion in Zukunft effizienter und kostengünstiger werden“, sagt Christian Dresbach.
Neben den Tests im Labor simulieren die Forschenden alle Analysen auch digital und fertigen verschiedene Computermodelle an: „Experimentelle Forschung ist zeit- und kostenintensiv. Durch den Vergleich der Ergebnisse aus dem Labor und der Simulation erhoffen wir uns, in Zukunft bessere Vorhersagen über die Lebensdauer der Drähte im Einsatz treffen zu können“, sagt Professorin Corinna Thomser, die verantwortlich für den Aufbau der Simulationsmodelle ist.
WireLife ist ein interdisziplinäres Forschungsprojekt von Professor Christian Dresbach, Professor Marco Jung und Professorin Corinna Thomser vom Institut für Technik, Ressourcenschonung und Energieeffizienz (TREE) der H-BRS sowie Professor Peter Kaul vom Institut für Sicherheitsforschung (ISF). Die Arbeit der Forschenden wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) in der Förderlinie FH-Kooperativ im Programm „Forschung an Fachhochschulen“ mit 1,185 Millionen Euro gefördert.
Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Prof. Dr. Christian Dresbach
Fachbereich Angewandte Naturwissenschaften
Campus Rheinbach
Tel.: +49 2241 865 9829
E-Mail: christian.dresbach@h-brs.de
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