Mikroelektronikforschung an der Universität Paderborn

Mit dem Programm „Forschungslabore Mikroelektronik Deutschland (ForLab)“ des Rahmenprogramms der Bundesregierung für Forschung und Innovation 2016 bis 2020 hat das Fachgebiet „Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik (LEA)“ der Universität Paderborn seine Laborausstattung umfangreich aufwerten und erweitern können. Die Investition steht unter dem Titel „Integriertes Leistungselektroniklabor für WBG-Anwendungen der Zukunft mit höchstem Miniaturisierungs- und Wirkungsgrad“ und trägt dazu bei, eine leistungsfähige und zukunftssichere Infrastruktur zu schaffen, um Forschungsarbeiten an WBG-basierten Systemen von der Entwicklung über den praktischen Aufbau bis hin zur Funktions- und Zuverlässigkeitsanalyse durchführen zu können. WBG steht für „Wide Band Gap“ und beschreibt neuartige Halbleiter mit einer großen Bandlücke zwischen dem Valenz- und dem Leitungsband.

Gegenüber konventionellen leistungselektronischen Halbleitern auf Siliziumbasis bieten WBG-Halbleiter deutliche Vorteile wie eine höhere thermische Leitfähigkeit, höhere Durchbruchsspannungen und deutlich schnellere Schaltvorgänge, wodurch sich leistungselektronische Systeme mit hohen Schaltfrequenzen realisieren lassen. Dadurch können die passiven Komponenten wie Drosseln, Transformatoren und Kondensatoren kompakter ausgelegt werden, was zum einen die Gesamtbauteilkosten (trotz tendenziell höherer Halbleiterkosten) auf einem ähnlichen Niveau wie die silizium-basierter Systeme hält und zum anderen die Leistungsdichte signifikant erhöht, bzw. das Gesamtvolumen der Systeme entsprechend reduziert. Besonders im Kontext mobiler Anwendungen wie z. B. der Elektromobilität ergeben sich durch WBG-basierte leistungselektronische Konverter erhebliche Energieeinsparpotentiale, da u. a. die zu bewegende Gesamtmasse der leistungselektronischen Systeme deutlich verringert werden kann. WBG-Halbleiter stellen aus diesen Gründen einen wichtigen Innovationstreiber in der Leistungselektronik dar.

Infrastruktur	Umfeld
ForLab FutureLab PE CNC-Ferritfräse zur Herstellung komplexer Kern-Geometrien für anwendungsspezifische Wickelgüter CNC-Wickelautomat zur präzisen Fertigung anwendungsspezifischer Wickelgüter Schaltverlustprüfstand zur Charakterisierung von schnell schaltenden Wide Bandgap-Halbleitern Rework-Station zum Be- und Entstücken anspruchsvollster SMD-Gehäuse Dampfphasen-Lötsystem zur Erzielung besonders homogener Temperaturverteilungen Klimakammern zur Untersuchung von Prototypen, Baugruppen und Bauelementen unter besonderen Umweltbedingungen bzw. unter beschleunigten Alterungstests (Therm. Zyklieren) EMV-Labor für leitungsgebundene Störaussendungen Kalorimetrische Messkammer zur exakten Verlustbestimmung von Baugruppen und Systemen	Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik Auslegung, Aufbau, Test und Optimierung leistungselektronischer Systeme Entwurf und Fertigung anwendungsspezifisch optimierter magnetischer Komponenten für die Leistungselektronik Charakterisierung von Leistungshalbleitern Erforschung und Entwicklung leistungs-elektronischer Anwendungen basierend auf Wide Bandgap (GaN, SiC) -Leistungshalbleitern Zuverlässigkeitsprüfungen von Bauelementen, Baugruppen und Systemen Fachgebiet Sensorik, flexible Elektronik, integrierte Optik Heinz Nixdorf Institut – Fachgruppe Schaltungstechnik, Nanoelektronik und Nanophotonik Verbundene Projekte: DFG Schwerpunktprogramm „GaNius – Energieeffiziente Leistungselektronik mit GaN“ Anwendungshintergrund: Kompakter und EMV-armer On-Board Ladewandler für die Elektromobilität. BMWK-Großprojekt NeMo.bil. Interdisziplinäres Projekt zum techn. Aufbau eines neuen elektrifi-zierten Mobilitätssystems mit neuartigen mobilen Ladesystemen hoher Leistung. BMBF – MIELAS modularer Multilevel-Traktionswechselrichter (300 kVA) für EV basierend auf einem SiC-Leistungsmodul. BMWi – HelP Hocheffizientes, versorgungsnetzfreundliches Stromversorgungssystem für Plasmaschneidanla-gen (30 kW) basierend auf SiC-Halbleitern.
Lehre
Institut für Elektrotechnik und Informationstechnik Bachelor-Studiengang Elektrotechnik Master-Studiengang Elektrotechnik Bachelor-Studiengang Wirtschaftsingenieurwesen Fachrichtung Elektrotechnik Master-Studiengang Wirtschaftsingenieurwesen Fachrichtung Elektrotechnik Master-Studiengang Electrical Systems Engineering