Power2Power

PROJEKTZIELE

Die ECS-Industrie verändert sich durch wissensbasierte globale Herausforderungen, die sich mit höchst komplexen Systemen, Bauteilen und deren Herstellungsprozessen beschäftigen, ständig. Das Projekt Power2Power fördert dabei einen holistischen und digitalisierten Pilotlinienansatz, indem der Übergang von Ideen zu Innovationen im Bereich von leistungselektronischen Bauteilen und Systemen beschleunigt wird. Im Rahmen dieses Projekts wird durch den digitalisierten Pilotlinienansatz entlang der Lieferkette, die in ihrer Gesamtheit in Europa liegt, die internationale Führungsposition der europäischen Industrie auf diesem Sektor gestärkt. Dabei liegt der Fokus auf einer Zusammenarbeit mit verschiedenen Organisationen und der Kombination von verschiedenen Disziplinen und Wissensbereichen in der heterogenen Leistungs-ECS-Umgebung. Nur diese umfassenden Bemühungen werden es ermöglichen, smarte Leistungselektronik in großer Stückzahl zu produzieren. Diese ermöglichen wiederum eine Revolution des Market hin zu energieeffizienten Anwendungen, um die Ziele zur Kohlenstoffdioxidreduktion der EU (Europäische Kommission 2018) wahr werden zu lassen. Folglich führen Wirtschaftswachstum und die Bewältigung der großen gesellschaftlichen Herausforderungen „Energie“ und „Mobilität“ zur Sicherung sinnvoller Arbeitsplätze für die Bürger Europas.

Da wir nur über limitierte Energievorräte auf unserem Planeten besitzen, ist es wichtig, sorgsam mit diesen umzugehen. Ein Schlüsselelement ist dabei die intelligente Energienutzung mittels hocheffizienter Leistungshalbleiterelektronik, beispielsweise in den Anwendungsbereichen Energieerzeugung oder -umwandlung. In diesen Bereichen kann die Anwendung von effizienten Leistungshalbleiterbauteilen den Weg zu erfolgreichen Innovationen maßgeblich beeinflussen.  Moderne Hochspannungs-Leistungshalbleiterteile werden überall dort verwendet, wo elektrischer Strom generiert, übertragen oder von Konsumenten und der Industrie verwendet wird.

Siliziumbasierte Lösungen sind seit vielen Jahren bekannt, aber die Nachfrage nach einer höheren Energieeffizienz steigt stetig. Neue Materialien wie GaN oder SiC haben sich in letzter Zeit als effizienter erwiesen und die Produkte solcher Geräte hat bereits begonnen und wird sich in nächster Zeit weiterentwickeln. Allerdings werden siliziumbasierte Lösungen die neuen Materialien (GaN, SiC) für viele weitere Jahre in der Koste-Leistungs-Rechnung noch übertreffen. Daher müssen auch diese siliziumbasierten Lösungen in den nächsten Jahren weiterentwickelt werden. Erst kürzlich wurde der Marktzuwachs von üblichen IGBT-Modulen und diskreten Modulen mit jeweils 14,5% und 15,3% angegeben (IHS Markit, Tech­no­logy Group, “Power Semi­con­ductor Market Share Data­base 2017”, August 2018).

Das Projekt Power2Power wird Innovationen möglich machen und durch die Bereitstellung von kosteneffizienten, leistungselektronischen Bauteilen Chancen vor möglichen Störungen schaffen. Die Arbeit ist innerhalb des Projekts in Arbeitspakete entlang der Wertschöpfungskette strukturiert, angefangen mit grundlegenden technischen Innovationen für Hochspannungs-IGBTs, die auf neuen Silizium-Substraten basieren, bis hin zu Prozesskonzepten und neuen Technologien für Treiberschaltkreise. Die Hauptanstrengungen des Projekts gelten den großen Pilotlinien für Front-End-Technologien sowie der Montage- bzw. Verpackung von IGBT-Chips und Modulen. Ein einheitlicher Chip-Package-Modul- bzw. System-Ansatz wird dazu führen, dass die besten kompakten Geräte und Subsysteme entwickelt und hergestellt werden können. Um die höchste Wettbewerbsfähigkeit zu erreichen, folgt ein zusätzliches Arbeitspaket zur Verbesserung von Digitalisierung, Automatisierung und Logistik. Die Anwendungsmöglichkeiten moderner IGBTs werden in diesem Projekt anhand von zehn Anwendungen aus drei Anwendungsbereichen aufgezeigt: Der primäre Anwendungsschwerpunkt liegt in der Energieeffizienz in der Mobilität und bei schweren industriellen Lasten. Darüber hinaus befasst sich das Projekt mit Aspekten der Verteilung von elektrischer Energie („grid“), die durch die vermehrte Verwendung von erneuerbaren Energien und damit einhergehenden Herausforderungen an Bedeutung gewinnen. Da Robustheit und Zuverlässigkeit für diese Anwendungen aufgrund der ganztätigen Nutzung sehr wichtig sind, wird endlich ein Arbeitspaket zur Verbesserung dieser beiden Eigenschaften durchgeführt.

Projektkonsortium

Die Absicht des Power2Power Projekt ist es, in einem europaweiten Aufwand innerhalb der ECS-Industrie 43 Schlüsselpartner aus acht europäischen Ländern zusammenzubringen und so die gesamte Wertschöpfungskette abzudecken. Damit werden nachhaltige technische Lösungen für die Entwicklung und Produktion von Leistungselektronik geschaffen, die auf den neuesten technischen Standards aufbauen und von Industriepiloten unter dem Technologie Readiness Level (TRL) 5-8 eingestuft werden. Konkrete Ergebnisse aus verschiedenen industriellen Anwendungsfällen, die schließlich in mehreren großen Betriebsumgebungen vorgestellt werden, werden die potenziellen Auswirkungen von Hochleistungselektronik in der europäischen ECS-Industrie und der Gesellschaft deutlich sichtbar machen.