Motivation

SMD-Komponenten, wie etwa Transistoren oder miniaturisierte integrierte Schaltkreise (ICs), werden schon seit Jahrzehnten mit Polymeren auf Epoxidharzbasis umspritzt und damit gegenüber Umwelteinflüssen geschützt.

Bei korrekter Abstimmung der Verkapselungsmasse auf die umspritzten elektrischen Komponenten wird der gesamte Aufbau mechanisch stabilisiert und damit die Lebensdauer der Komponenten erhöht.

Die positiven Effekte der Verkapselung zeigen sich nicht nur bei vergleichsweise kleinvolumigen SMD-Komponenten. Ziel ist es die positiven Effekte in Zukunft auch vermehrt bei großvolumigen leistungselektronischen Aufbauten, wie etwa Wechselrichtern für Elektrofahrzeuge, zu nutzen.

Fragestellung der Studienarbeit

Die großen Bauteilvolumina, hohen Temperaturgradienten im Betrieb und der zu verkapselnde Materialmix sorgen dabei für eine nichttriviale Auswahl des passenden Verkapselungsmaterials. Delaminationen und Brüche der vergleichsweise spröden Verkapselung sind gängige Fehlerbilder, die es zu vermeiden gilt.
Rein experimentelles Materialscreening ist mit großem Zeitaufwand verbunden und aufgrund der komplexen Prozesstechnik kostenintensiv.
Im Zuge der studentischen Arbeit sollen deshalb, auf Basis thermomechanischer Simulationen, Methoden und Kriterien erarbeitet werden, anhand derer eine passende Materialvorauswahl getroffen werden kann.

Die Entwicklung der simulativen Schädigungskriterien wird durch experimentelle Untersuchungen an Testvehikeln begleitet und abschließend validiert.
Die Testvehikel, die im Zuge der Arbeit designt werden und den Wechselrichter-Aufbau mit verringerter Komplexität abbilden sollen, werden mit verschiedenen Epoxidmassen verkapselt und Temperaturwechseltests ausgesetzt. Im Verlauf der Temperaturwechsel werden lichtoptische und ultraschallmikroskopische Untersuchungen zur Detektion etwaiger Delaminationen und Risse durchgeführt und ausgewertet.

Voraussetzungen für die Bearbeitung

• Grundkenntnisse der Kontinuumsmechanik, Wärmelehre und Werkstofftechnik
• Grundkenntnisse in Ansys Workbench / Mechanical oder die Bereitschaft zur Einarbeitung
• Analytisches Denkvermögen; strukturierte, eigenständige Arbeitsweise

Die exakte thematische Ausrichtung der Studienarbeit wird im Dialog mit dem Studenten zu Beginn der Arbeit festgelegt.

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