Leiterplatten aus Keramik: Elektronik für Elektroautos

Mit einer modularen Bauweise und der räumlichen Nähe von Steuer- und Leistungselektronik im Getriebe sollen die Umrichter zuverlässiger werden und mehr Funktionen übernehmen können.

Das Projekt Kairos (Keramische Aufbau- und Integrationstechnik für robuste Signal- und Leistungselektronik) wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. In einem ersten Schritt soll eine hochspannungssichere Übertragung von elektrischer Leistung und von Signalen zwischen den Leiterplatten entwickelt werden.

Elektrofahrzeuge benötigen für die verlustarme Steuerung der Energieflüsse zwischen Ladenetz, Batterie und Antriebseinheit eine Reihe unterschiedlicher leistungselektronischer Wandler. In dem Projekt wird die Leistungselektronik genau dort integriert, wo sie benötigt wird, also beispielsweise der Umrichter für die Anpassung von Strömen, Spannungen und Frequenzen im Antrieb. Dadurch werden einige teure und fehleranfällige Verbindungselemente, Kabel und Gehäuse überflüssig. Die erzielten Einsparungen an Kosten, Gewicht und Bauvolumen erhöhen gleichzeitig die Systemeffizienz.

Die Partner entwickeln die Verbindung leistungselektronischer keramischer Leiterplatten in High Temperature Co-Fired Ceramics (HTCC)-Technologie mit Steuerelektronik in Low Temperature Co-Fired Ceramics (LTCC)-Technologie. Mit Keramik als Werkstoff und einer in die Leiterplatten integrierten Kühlung soll die Elektronik thermisch stabiler werden. Weil die Bauelemente beidseitig bestückt werden, wird das System auch kompakter. Die Leistungsfähigkeit des Konzeptes soll in einem Fahrzeug mit einer zehn Kilowatt-Umrichter-Baugruppe aus Leistungsbauelementen (IGBT, MOSFET, Dioden) gezeigt werden.

Im Projekt Kairos arbeiten Siemens, ContiTemic, Curamik Electronics, Via electronic, Fraunhofer Institut für Keramische Technologien und Systeme sowie der Lehrstuhl für Elektronische Bauelemente der Universität Erlangen-Nürnberg zusammen. Sie werden im Rahmen der Förderbekanntmachung „Schlüsseltechnologien für die Elektromobilität“ (STROM) mit 2,5 Millionen Euro vom BMBF gefördert. Die Ergebnisse des Forschungsprojekts sollen helfen, neuartige elektrische Integrations- und Aufbautechnologien für kompakte und robuste Elektrikmodule in Elektrofahrzeugen entstehen zu lassen und damit Fragestellungen der elektrischen Architektur solcher Fahrzeuge zu lösen. (IN 2011.10.3)