Im Rahmen der Interdisziplinären Wochen (IDW) haben die Hochschule für Angewandte Wissenschaften Kiel und die Technische Universität Hamburg eine gemeinsame Lehrveranstaltung durchgeführt, die die gesamte Wertschöpfungskette moderner Leistungselektronik abbildet: vom Chip-Design, über das Power-Modul-Design bis hin zur Systemauslegung. Ziel war es, Studierenden einen umfassenden Einblick auf Methoden, Werkzeuge und Fertigungsschritte zu vermitteln, die für energieeffiziente, robuste und nachhaltige Leistungselektronik notwendig sind.
Nach grundlegenden Einführungen in die Thematik der Leistungselektronik entwickelten die Teilnehmenden skalierbare Halbleiterbauelemente auf Basis von Galliumnitrid. Darauf aufbauend gestalteten sie Leistungsmodule mit Fokus auf thermischem Management, Zuverlässigkeit und Produktionsprozessen. Den Abschluss bildete die Systemebene: Von Antriebs- und Ladeumrichtern bis zu erneuerbaren Energiesystemen wurden Topologien bewertet und Systeme sowie Schaltungen simuliert.
Die Kopplung von Bauelement-, Modul- und Systemdesign in einem kompakten Lehrformat ist einzigartig – sie bereitet Studierende praxisnah auf industrienahe Entwicklungsprozesse vor. Gerade bei Wide-Bandgap-Technologien zeigt sich, dass Entscheidungen auf Chip-Ebene direkte Auswirkungen auf das Modul und die Anwendung haben – und umgekehrt.
Inhalte und Methoden im Überblick
- Chip-Design: Entwurfskriterien für moderne Leistungshalbleiter (z. B. Sperrspannung, Einschaltwiderstand), Layoutprinzipien sowie Prozessschritte der Fertigung, Modellierung der Bauelementphysik.
- Power-Modul-Design: Aufbau- und Verbindungstechnik, Substratkonzepte, Kühlung, Materialauswahl, Zuverlässigkeitsaspekte.
- Systemauslegung: Aktuelle leistungselektronische Topologien für Motoransteuerungen und E-Ladesäulen, Gate-Ansteuerung.
Mehrwert für Studierende und Region
Die Lehrveranstaltung stärkt den praxisnahen Austausch zwischen Hochschulen und Industriepartnern in Norddeutschland. Studierende profitieren von gebündelter Expertise beider anwendungsorientierter Hochschulen und erlangen Kompetenzen, die unmittelbar in Entwicklungsabteilungen von Energie-, Mobilitäts- und Industrieanwendungen gefragt sind.
Ausblick
Aufgrund der positiven Resonanz ist geplant, das Format in kommenden IDW-Ausgaben zu verstetigen.
Beteiligte Lehrstühle
TUHH – Bauelemente in der Leistungselektronik
Das Institut für Bauelemente in der Leistungselektronik forscht auf dem Gebiet der aktiven Leistungshalbleiterbauelemente. Zudem werden intelligente Bauelemente für die integrierte Fehlervorhersage und neuromorphe Elektronik entwickelt. Die resultierenden Bauelemente und Technologien basieren auf Halbleitern mit großer Bandlücke sowie Silizium und adressieren Anwendungen in der Elektromobilität, erneuerbaren Energien und autonomen Industrieumgebungen.
HAW Kiel –Aufbau- und Verbindungstechnologien (AVT) der Mechatronik
Das Institut für Mechatronik erforscht die Aufbau- und Verbindungstechnik leistungselektronischer Komponenten, den Einsatz von Sondermaterialien, das thermische Management sowie Strategien zur Effizienzsteigerung und Lebensdauerverlängerung von Leistungsmodulen. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Anwendung neuartiger Halbleitertechnologien wie Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN).
HAW Kiel – Power Electronics and Drives
Ziel der Aktivitäten in der Arbeitsgruppe Leistungselektronik und Antriebe ist es mit neuesten Technologien sowohl die Effizienz der Umrichter Systeme zu steigern, die Größe zu verringern als auch die Kosten zu minimieren. Dies wird durch den Einsatz moderner Schaltungstopologien, FEM Simulationen als auch den Einsatz neuer Wide-Bandgap Materialien erreicht. Dabei wird von der Schaltungsentwicklung bis zur kompletten Systementwicklung alles abgedeckt.
Kontakt
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit der HAW Kiel
E-Mail: presse(at)haw-kiel.de
Öffentlichkeitsarbeit und Marketing der TUHH
E-Mail: pressestelle(at)tuhh.de
