Forschungsschwerpunkt

Test und Zuverlässigkeit für AVT

Neben einem bestmöglichen Systemdesign ist das Verständnis des Material-, mechanischen und thermo-mechanischen Verhaltens auf AVT-, Komponenten- und Modulebene von entscheidender Bedeutung, um die Systemzuverlässigkeit ganzheitlich abzusichern. Thermisch und thermo-mechanisch induzierte Fehlermechanismen können zum frühzeitigen Versagen der AVT führen und begrenzen somit die Lebensdauer.

Ein weiterer Aspekt ist, dass geringere Abmessungen in den Packages auch geringere Diffusionswege für äußere Belastungen durch Feuchte zur Folge haben. Hierdurch kann es verstärkt zu elektrochemischen Degradationsmechanismen kommen, die im Normalfall zum Versagen und dadurch zu einer geringeren Lebensdauer der elektrischen Schaltung führen. Deshalb müssen bereits in der frühen Designphase entscheidende Parameter unter Berücksichtigung der auf Systemebene wirkenden (extremen) Umgebungsbedingungen wie Betriebstemperaturen und Feuchtebelastungen analysiert und modellbasiert optimiert werden.

image - Test and Reliability
© Fraunhofer IZM | Jürgen Lösel

IZM-Services im Bereich Test und Zuverlässigkeit

  • Auswahl und Qualifizierung geeigneter Materialien
  • Ausfall- und Schadensanalyse
  • Teststände für kombinierte und beschleunigte Lebensdauertests (Vibration, Temperatur, Temperaturwechsel, Feuchte)
  • Test und Charakterisierung der Prototypen im eigenen Labor
  • Modellierung von Fehlermechanismen neuartiger Materialkombinationen
  • Simulation für kostengünstige Bewertung von Designänderungen und deren Erfolgspotenzial im Vergleich zu existierenden Geometrien
  • Feststellung von Triebkräften und Einflussparametern von Ausfallmechanismen im Zusammenhang mit Korrosions- und Migrationserscheinungen
  • Verbesserung des Designs hinsichtlich Auslegung unter harschen Bedingungen
  • Metallografie, EBSD, FIB, REM, EDX
  • Ultraschall- und Röntgenmikroskopie sowie Röntgen-CT
  • Qualitäts- und Zuverlässigkeitsanalyse
  • Ableitung von Konzepten der Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) aus dem Systemverständnis und Analyse der Fehlermechanismen
 

Zuverlässigkeitsbewertung, -tests und -optimierung

Durch beschleunigende Testverfahren ist eine Simulation der thermischen, klimatischen und mechanischen Feldbelastungen möglich, um in Kombination mit FEM-Berechnungen eine Lebensdauervorhersage ableiten zu können. Die anschließenden Fehleranalysen ermöglichen eine Optimierung von Materialauswahl und/oder Technologie.

 

Design for Reliability

Der Forschungsschwerpunkt „Zuverlässigkeitsbewertung: Simulation, Test und Optimierung“ umfasst die Entwicklung und Anwendung experimenteller und simulativer Methoden, die ein „Design for Reliability“ ermöglichen. Die Grundlage bilden Lebensdauermodelle, die in beschleunigten Lebensdauertests ermittelt werden.

 

Zustandsüberwachung für Windkraftanlagen

Bisher waren Material-, Struktur- und Prozessoptimierungen die einzige Möglichkeit die Zuverlässigkeit von leistungselektronischen Produkten zu steigern. Um jedoch einen kontinuierlich zuverlässigen Betrieb gewährleisten zu können, eignet sich die Realisie-rung eines geeigneten Konzepts zur Zustandsüberwachung (Condition Monitoring).

 

Korrosion, Elektrochemische Migration und Feuchtediffusion

Elektronische Systeme werden immer stärker wechselnden klimatischen Umgebungseinflüssen ausgesetzt. Gleichzeitig führt die fortschreitende Miniaturisierung von elektronischen Produkten zu immer kleineren Strukturabmessungen und folglich kleineren Packages.

 

Micro Materials Testing

Für eine erfolgreiche Optimierung der Zuverlässigkeit von komplexen Systemen im Mikro/Nano-Bereich sind werkstoffseitig Kenntnisse vom Versagensverhalten bzw. Kenntnisse zur Schädigungsentwicklung erforderlich.

 

Active Power Cycling

Qualitätssicherung an Leistungselektronik ist wesentlicher Bestandteil der Produktabsicherung. Der elektrische Lastwechseltest (Active Power Cycling) liefert umgehend Daten zur Lebensdauer von Leistungshalbleitermodulen. Das Einsatzgebiet (z. B. Windenergie, Photovoltaik, Automotive) entscheidet dabei über die richtigen Testparameter und ‑verfahren.