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Samstag, September 23, 2017
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Aktuelles aus der Angewandte Forschung

Elektromobilität, Materialien, Bionik, Medizintechnik, Erneuerbare Energien, Universität, Wissenschaft

Aus den Specials

  • Dach- und Fassadenelemente mit integrierten optoelektronischen Bauelementen

    fraunhofer0317 Das vom BMWI geförderte Verbundprojekt „Flex-G“ unter der Forschungsinitiative „ Energiewende Bauen “ ist kürzlich gestartet. Ziel des Vorhabens ist die Erforschung von Technologien zur Herstellung von transluzenten und transparenten Dach- und Fassadenelementen mit integrierten optoelektronischen Bauelementen. Im Fokus stehen dabei ein schaltbarer Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert) und die Integration flexibler Solarzellen. Weiterlesen
  • Toolcraft unterstützt Hyperloop 2.0 Projekt der Warr e.V. an der TU München

    toolkraft0317 Die Idee des „Hyperloops“ stammt von Elon Musk, der nicht nur Paypal verwirklicht, sondern auch namhafte Firmen wie Tesla oder SpaceX gegründet hat. Jetzt geht der Traum vom schnellen Reisen in die nächste Runde: Dabei sollen Menschen in einer Kapsel mit Schallgeschwindigkeit (1200 km/h) in einer Vakuumröhre an ihr Ziel Weiterlesen
  • Würth Elektronik und Fela forschen gemeinsam an neuer Technologie

    wuerth0317 Trotz der der positiven Umsatzzuwächse innerhalb der Leiterplattenbranche ist davon auszugehen, dass die Konsolidierung noch nicht abgeschlossen ist. Leiterplattenhersteller müssen sich dem enormen Preisdruck asiatischer Hersteller, den steigenden Herstellungskosten in Europa und dem angespannten globalen Wettbewerbsumfeld stellen. Seit Anfang des Jahres vereint daher Würth Elektronik und Fela eine Entwicklungskooperation zur Weiterlesen
  • Dünnringlager in künstlichem Kniegelenk und E-Bike mit Automatikgetriebe

    rodriguez0217 Dünnringlager von Rodriguez erreichen trotz Miniaturisierung eine vergleichbare Leistungsfähigkeit und Lebensdauer wie normale Wälzlager. So lässt sich mit ihnen die Getriebeeinheit im Kniegelenk eines Exoskelettes ohne komplizierte und platzraubende Hilfskonstruktionen lagern. Zudem kommen sie in einem Fahrrad mit Automatikgetriebe zum Einsatz. Weiterlesen
  • Positronen als neues Werkzeug für die Forschung an Lithiumionen-Batterien

    TUM0117 Forschungsbericht

    Akkus, deren Kathode aus einer Mischung aus Nickel, Mangan, Kobalt und Lithium besteht, gelten derzeit als die leistungsfähigsten. Doch auch sie haben eine begrenzte Lebensdauer. Schon beim ersten Zyklus verlieren sie bis zu 10 % ihrer Kapazität. Woran das liegt und was gegen den darauffolgenden schleichenden Kapazitätsverlust unternommen werden kann, Weiterlesen

  • Stuttgarter Forscher stellen extrem leistungsfähiges Linsensystem her

    nanoscribe0117 Forschungsbericht

    Adleraugen sind extrem scharf und sehen sowohl nach vorne, als auch zur Seite gut – Eigenschaften, die man auch beim autonomen Fahren gerne hätte. Physiker der Universität Stuttgart haben nun im 3D-Druck Sensoren hergestellt, die das Adlerauge auf kleiner Fläche nachbilden und das mit neuester 3D-Druck-Technologie von Nanoscribe realisieren.

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  • Prüfsystem für zukunftsweisende Composites-Forschung

    zwick10416 Im vergangenen Jahrzehnt hat sich die Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung (SLK) der TU Chemnitz zu einer der führenden Forschungseinrichtungen auf dem Gebiet des Leichtbaus entwickelt. Um den steigenden Prüfbedarf in immer neuen Anwendungsfeldern für Composites-Materialien decken zu können, hat sich die Professur SLK für ein fortschrittliches Prüfsystem von Zwick Roell Weiterlesen
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hesse0213Forschungsbericht

In Maschinenbau und der Fahrzeugtechnik werden Strom und Spannung durch Leistungshalbleitermodule gesteuert und geschaltet. Die elektrische Verbindung der einzelnen Elektroden in diesen Modulen erfolgt über sogenannte Bondverbindungen. Das Forschungsprojekt "Itsowl-Incub" unter der Konsortialführung der Hesse GmbH befasst sich mit der Herstellung zuverlässiger Kupferbondverbindungen, welche die Aluminiumverbindungen aufgrund ihrer begrenzten physikalischen Eigenschaften ersetzen sollen.

 



Bei den bisher eingesetzten Verbindungstechniken handelt es sich um Aluminium-Drähte, die von speziellen Bondmaschinen über ein Ultraschall-Reibschweißverfahren an den Elektroden angebracht werden. Die wachsenden Märkte der erneuerbaren Energien und der Elektromobilität erfordern es, die Leistung, Zuverlässigkeit und Effizienz der Leistungsmodule zu steigern. Dies ist mit den bisher verwendeten Bondverbindungen aufgrund der begrenzten physikalischen Eigenschaften von Aluminium wie Leitfähigkeit, Festigkeit und Haltbarkeit nicht möglich. Daher müssen Aluminium- durch Kupferbondverbindungen ersetzt werden, die sich durch deutlich bessere Eigenschaften auszeichnen. Der Kupferbondprozess reagiert jedoch empfindlicher auf externe Produktionseinflüsse und Materialschwankungen, was die Qualität der Bondverbindungen beeinträchtigen kann und zu einem hohen Ausschuss führt. Daher können Kupferbond-verbindungen derzeit nicht mit der geforderten Zuverlässigkeit hergestellt werden.

 

Selbstoptimierendes Verfahren zum Ziel

Ziel des Forschungsprojektes Itsowl-Incub ist die Entwicklung von selbstoptimierenden Verfahren, um unter variablen Produktionsbedingungen zuverlässige Kupferbondverbindungen herstellen zu können. Die Bondmaschine soll die Fähigkeit erhalten, sich automatisch an veränderte Bedingungen anzupassen.
 
Dazu werden die externen Einflussgrößen wie Temperatur und Material und die Prozessparameter wie Kraft und Dauer sowie deren Auswirkungen auf die Qualität von Kupferbondverbindungen analysiert. Auf dieser Grundlage wird ein idealer Bondprozess definiert. Darauf aufbauend werden eine Zustandsüberwachung sowie eine selbstoptimierende Steuerung für die Bondmaschine entwickelt. Dies ermöglicht eine Analyse der externen Einflüsse und eine eigenständige Anpassung der Prozessparameter. Dabei wird auf Ergebnisse der Querschnittsprojekte "Selbstoptimierung" und "Systems Engineering" zurückgegriffen. Die Zustandsüberwachung und die Selbstoptimierung werden anhand eines Prototypen validiert und gegebenenfalls optimiert sowie anschließend in die Bondmaschine integriert.

Überwiegend Kupferbondverbindungen in naher Zukunft erwartet

Aufgrund der Ergebnisse können Kupferbondverbindungen zuverlässig in hoher Qualität hergestellt werden. Leistungshalbleitermodule werden leistungsfähiger, effizienter, kompakter und haltbarer. So wird beispielsweise die Erhöhung des maximalen Modulstroms um ca. 50 v. H. prognostiziert. Hersteller von Halbleitern erwarten, dass in naher Zukunft überwiegend Kupferbondverbindungen verwendet werden. Das Marktvolumen wird auf rund 10 Mrd. EUR pro Jahr geschätzt. Die Ergebnisse können auf andere Produktionsverfahren übertragen werden, z. B. auf Verfahren im Bereich Maschinenbau, Automotive und Medizintechnik.

Projektpartner sind Infineon und die Universität Paderborn.

Bild: (l.) Leistungshalbleitermodul mit Kupferbondverbindungen, (r.) Ultraschall-Drahtbondverfahren


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