Neue Materialien für nachhaltige Verkehrssysteme

AT&S ist führend in der Entwicklung und Markteinführung neuer Technologien für die Produktion hochmoderner Mikroelektroniksysteme. Zum Beispiel im EU-Projekt HiEfficient, das das Potenzial von alternativen Halbleitermaterialien wie Galliumnitrid oder Siliziumkarbid für die grünen und effizienten Verkehrssysteme der Zukunft untersucht hat und im vergangenen Jahr erfolgreich abgeschlossen werden konnte. AT&S hat mit 33 Partnern aus Industrie und Forschung Halbleitermodule für Onboard Charger und Wechselrichter für Elektroautos entwickelt, die wesentlich leichter, robuster und effizienter sind als alles, was heute am Markt verfügbar ist.

Halbleitermaterialien wie Silizium spielen nicht nur als Ausgangsstoffe für moderne Mikrochips eine entscheidende Rolle für moderne Volkswirtschaften. Auch überall sonst, wo Stromkreise schnell und zuverlässig geschaltet werden müssen, sind sie mittlerweile unerlässlich. Moderne Wechselrichter auf Halbleiterbasis erlauben es zum Beispiel, den Gleichstrom aus Akkus in den für unsere elektrischen und elektronischen Systeme unabdingbaren Wechselstrom zu wandeln. Im EU-Forschungsprojekt HiEfficient haben die Ingenieur:innen von AT&S in Kooperation mit Kolleg:innen von der Firma AVL und Forschungseinrichtungen einen Wechselrichter entwickelt, der durch den Einsatz des Halbleitermaterials Galliumnitrid deutlich kleiner und leichter gefertigt werden kann als mit der heute verwendeten Siliziumbasis.

„Technische Innovationen sind und bleiben die Grundlage des Erfolgs von AT&S. Starke europäische Partnerschaften wie HiEfficient erlauben es, nachhaltige Lösungen für die großen Herausforderungen der Zukunft zu entwickeln. Die effiziente Nutzung von elektrischem Strom ist die Grundvoraussetzung für die grüne technologische Revolution, die unsere Verkehrs-, Kommunikations- und Energiesysteme fit für die Zukunft macht. Unser HiEfficient-Wechselrichter beweist eindrucksvoll, wie viel wir hier mit unserem Know-how beitragen können. Unser R&D-Team hat hier wirklich großartige Arbeit geleistet“, sagt AT&S R&D Programme Manager Mike Morianz.

Leichter, kleiner, kühler

Der Wechselrichter, den AT&S mit AVL für das EU-geförderte HiEfficient-Projekt entwickelt hat, ist zehn Prozent kleiner und leichter als herkömmliche Systeme. Die elektrischen und thermischen Verluste sind zudem deutlich geringer, wodurch die Autobauer auf Systemlevel Kosten einsparen können, wie zB. die Akkuleistung verbessern und die Reichweite entschieden steigern. Die Effizienz der neuen Wechselrichter liegt zudem bei über 98 Prozent. Durch die Reduktion der thermischen Belastung steigt außerdem die Zuverlässigkeit der Technik, was Autofahrer:innen sorgenfreie Fahrt für lange Zeit ermöglicht.

Der Beitrag von AT&S zum Wechselrichter besteht aus einer sogenannten „Halbbrücke“ oder „Half Bridge“, die mit zwei eingebetteten Halbleiterschaltern das Herzstück des Moduls bildet. Die Schalter aus Galliumnitrid ermöglichen nicht nur einen effizienteren Betrieb bei deutlich höheren Frequenzen und geringeren Verlusten, sondern erlauben dank ausgereifter Embedding-Technologie von AT&S auch deutlich kleinere Formfaktoren. Die Schalter aus Galliumnitrid erreichen eine zehn Mal höhere Schaltfrequenz als Siliziumvarianten und können dank AT&S-Know-how in winzigen Modulen untergebracht werden, die 70 Prozent weniger Platz brauchen. Um diese exzellenten Werte zu erreichen, hat AT&S nicht nur die neuste Embedding-Technologie genutzt, sondern auch ein gänzlich neues Kupfersinterverfahren als alternative Verbindungstechnologie für Hochvoltkomponenten entwickelt, das hohen Spannungen und Stromstärken standhalten kann.

Die Ergebnisse des Forschungsteams von AT&S und AVL werden in Kürze auch in einer Fachpublikation veröffentlicht, die für den „Best Paper Award PCIM 2025“ vorgeschlagen wurde.