Wie dicht sind die Gehäuse unserer Elektronik?
Pressemitteilung vom 11. Juli 2023 - FH IZM
Produktionsfirmen von Elektronikequipment, das zum Beispiel in Autos oder Industriemaschinen eingebaut wird, kennen es: Elektronikgeräte fallen früher aus als geplant, wenn in das schützende Gehäuse der Bauteile Feuchtigkeit eindringt. Um das zu verhindern, werden Zuverlässigkeitsanalysen der Elektronik durchgeführt. Nun haben sich Forschende am Fraunhofer IZM in Zusammenarbeit mit dem European Center for Power Electronics (ECPE) auch mit den klimatischen Bedingungen in Elektronikgehäusen beschäftigt. Mit einem umfassenden Test-Kit aus Simulationen und Analyseverfahren können Umwelteinflüsse so schon in der Konstruktion von Dichtungskonzepten mitgedacht und nachgelagerte Fehleranalysen vermieden werden.
Damit elektronische Komponenten ungestört von Feuchtigkeit arbeiten können, brau chen sie ein schützendes Gehäuse, das diese nach Möglichkeit von den empfindlichen Bauteilen fernhält. Nur so kann eine hohe Lebensdauer beispielsweise bei Motoren in Autos oder großen Industriemaschinen gewährleistet werden. Je nach Anwendung müssen die Gehäuse unterschiedlichen Umwelteinflüssen und wechselnden klimatischen Bedingungen entsprechend konzipiert werden. Denn durch eine innere Temperaturverteilung, die sich aus der Verlustleistung der entsprechenden elektronischen Baugruppen ergibt, können sich Mikroklimas in ihnen bilden. Durch überlegtes Platzieren der sensitiven Bauteile kann ein funktionierendes, elektronisches System erzeugt werden, bei dem sich das Mikroklima im Gehäuse für die Anwendung der Elektronik lokal günstig ausprägt.
Dass die klimatischen Bedingungen in einem abgeschlossenen Gehäuse je nach Betrieb nicht konstant sind, konnte im Rahmen des erfolgreich abgeschlossenen Projekts RoDosH (Relevance of Diffusion of Humidity in sealed Housings) nun am Beispiel eines Photovoltaik-Wechselrichter-Gehäuses der Firma SMA gezeigt werden. Ein Wechselrichter wandelt die erfasste Solarenergie in einem Solarmodul so um, dass er ins Stromnetz eingespeist werden kann. Die Abteilung Environmental & Reliability Engineering am Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM, die schon seit 30 Jahren Zuverlässigkeitssimulationen und -bewertungen durchführt, hat ihr Methodik-Knowhow für die Untersuchung des Wechselrichter-Gehäuses in vier Prozessschritten eingesetzt. Das Besondere dabei ist die Kompetenzvielfalt der Forscher*innen. Denn um Materialien bis ins Detail charakterisieren und simulieren zu können sowie den Austausch mit Kolleg*innen aus der Fertigung des eigenen Instituts einfließen lassen zu können, braucht es jahrelange Erfahrung aus diversen Forschungs- und Industrieprojekten, die das Fraunhofer IZM und auch die Arbeitsgruppen mitbringen. Neben der Vielzahl an Anwendungsfällen, die die Forscher*innen aus vorherigen Arbeiten mit einfließen lassen, verfügen Sie über modernstes Equipment – von klassischen Klimakammern über besondere Droptest-Maschinen bis hin zu speziellen Messgeräten, wie einem sogenannten TGA-SA, gleich Thermograviations- mit Sorptionsanalyser.
Mehr zu dem Leistungsangebot der Gruppen finden Sie hier.
Das Projekt wurde durch das gemeinsame Forschungsprogramm der ECPE finanziert.