Forscher machen das Metall fit für extreme Umweltbedingungen

Ein deutsches Konsortium unter der Führung des Fraunhofer IZM Berlin möchte Aluminium zukünftig auch für Anwendungen mit sehr hohen Anforderungen an eine lange Lebensdauer verwendbar machen. Das vom BMBF geförderte Projekt HotAL* arbeitet an einer innovativen Aluminium-Legierung, die dank angepasster Verarbeitungsprozesse auch in stark beanspruchenden Umgebungen zuverlässige elektrische Verbindungen sicherstellt. Eine solche Aufbautechnik eröffnet Systemanbietern für Energieanlagen wie Offshore-Windparks völlig neue Herstellungsprozesse für robuste Systeme, durch die sich Wartungsintervalle und Gesamtkosten für den Betrieb der Anlagen reduzieren lassen.

Hintergrund: Innovationskraft in Deutschland

Der entscheidende Wettbewerbsfaktor deutscher Energieversorgungssysteme ist jedoch weniger der Preis. Vielmehr wird neben innovativen Leistungsmerkmalen die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit die Akzeptanz auf den weltweiten Märkten sichern und zukünftig weiter stärken. Elektronikkomponenten und die geeignete Aufbau- und Verbindungstechnik haben dafür eine Schlüsselfunktion. Durch die Energiewende eingeleitet, stellt der zunehmend rasante Netzausbau für regenerative Energien die Hersteller leistungselektronischer Systeme vor die Aufgabe, den Markt mit zuverlässigen Systemen zu beliefern.

Der hohe Qualitätsanspruch an deutsche Anlagen ist dabei Nutzen und Risiko zugleich. Die immer weiter steigenden Ansprüche der Energieversorger und die Forderung nach Zuverlässigkeit und Nachhaltigkeit führen schon heute zu hohen Herausforderungen an die Systementwicklung. Diesen hohen Leistungsstand gilt es, nun auch bei Offshore-Anwendungen nicht nur zu erreichen, sondern im Hinblick auf die Anforderungen in ‚Smart Grids‘ noch auszuweiten.

Aluminium, als kostengünstiger und prozesstechnisch erprobter Werkstoff der Leistungselektronik lässt sich bisher noch nicht für Hochtemperaturanwendungen einsetzen. Das Projekt HotAL – Hochtemperaturoptimierte Aluminium-Bondtechnik für Offshore-Anwendungen – widmet sich nun dem ambitionierten Ziel, Leistungselektronik-Module durch Nutzung innovativer Materialien und Prozessführung für Hochtemperaturanwendungen zu ertüchtigen. Dies gelingt durch die Entwicklung einer neuen Aluminium-Legierung, deren eigentliches Potenzial durch zusätzliche Temperprozesse im Leistungsmodul-Montageprozess ausgeschöpft wird.

Mitglieder des Konsortiums und Synergien des Projekts

Die Zusammensetzung des Konsortiums im Forschungsvorhaben bildet die gesamte Wertschöpfungskette vom Material- und Bondgerätehersteller, Anlagenhersteller für thermische Spezialprozesse bis zum Systemanbieter ab und verbindet damit die Aufgabenstellungen der jeweiligen Sparten, die im Projekt zu einer innovativen Leistungselektronik auf Aluminium-Basis für Offshore-Applikationen führen. Neben der Energiewirtschaft einschließlich der relevanten Zulieferkette für elektronische Systeme profitieren auch und gerade die deutschen Produzenten von Anlagen zur erneuerbaren Energieerzeugung, sowie der Maschinen- und Anlagenbau. Oftmals sind in der Vergangenheit wegweisende Konzepte und Standards aus dem innovativen Industriebereich in andere Branchen transferiert bzw. adaptiert worden. Diese Synergien sind durch die Beteiligung von SEMIKRON, F&K Delvotec Bondtechnik GmbH und Rehm Thermal Systems GmbH auch für dieses Projekt gegeben und beabsichtigt. Heraeus und das Fraunhofer IZM werden die erarbeitete Kompetenz für gezielte Materialentwicklung in die deutsche Elektronikindustrie tragen.

*Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert dieses Verbundprojekt im Rahmen des Programms IKT 2020 im Themenfeld „Leistungselektronik zur Energieeffizienz-Steigerung (LES)“ seit dem 1.10.2013.

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