Unsichtbare Defekte, große Risiken: Qualitätssicherung für die E-Mobilität
Veröffentlicht am 20. Juli 2026 in Nachhaltige Fertigung
Unsichtbare Defekte, große Risiken: Qualitätssicherung für die E-Mobilität
3D-Röntgenprüfung für Wechselrichter und Leistungsmodule in Elektrofahrzeugen: Das automatisierte CT-Prüfsystem VT-X850 von OMRON hilft, unsichtbare Fehler aufzuspüren
Kaum eine Entwicklung hat die Automobilbranche in den vergangenen Jahren so stark geprägt wie die Elektrifizierung. Mit der wachsenden Zahl von Elektro- und Hybridfahrzeugen rücken auch die elektronischen Systeme in den Fokus. Sie bilden das Rückgrat moderner Antriebskonzepte und sorgen dafür, dass Energie effizient umgewandelt, gespeichert und bedarfsgerecht bereitgestellt wird. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an ihre Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit.
Eine Schlüsselrolle in elektrifizierten Antrieben spielen Wechselrichter. Gemeinsam mit Hochspannungsbatterien, IGBT- und MOSFET-Modulen sowie DC/DC-Wandlern bilden sie das technologische Rückgrat von Elektro- und Hybridfahrzeugen*. Sie steuern die Umwandlung und Verteilung elektrischer Energie und schützen gleichzeitig empfindliche Fahrzeugkomponenten. Ihre Zuverlässigkeit ist ein zentraler Faktor für die Sicherheit und Langlebigkeit des gesamten Fahrzeugs.
Die zunehmende Elektrifizierung bringt aber auch neue Herausforderungen für die Automobilindustrie mit sich. Leistungselektronische Komponenten werden immer kompakter, komplexer und leistungsfähiger. Gleichzeitig steigen die Anforderungen durch hohe Spannungen, Stromstärken und thermische Belastungen. Fehler wie Lunker, Risse, Porositäten oder fehlerhafte Verbindungen bleiben dabei häufig im Inneren der Bauteile verborgen und sind mit herkömmlichen Sichtprüfungen nicht erkennbar.
Genau hier setzt die industrielle Röntgenprüfung an. Als Verfahren der zerstörungsfreien Prüfung (NDT) ermöglicht sie einen Blick ins Innere von Komponenten, ohne diese zu beschädigen. Verborgene Defekte lassen sich frühzeitig identifizieren, Fertigungsprozesse gezielt überwachen und die Qualität sicherheitskritischer Bauteile zuverlässig sicherstellen.
Besondere Herausforderungen von Wechselrichtern in E- und Hybridfahrzeugen
Wechselrichter gehören zu den zentralen Komponenten elektrifizierter Antriebe. Sie wandeln den Gleichstrom (DC) der Hochvoltbatterie in Wechselstrom (AC) für den Elektromotor um und übernehmen so eine Schlüsselrolle für Effizienz, Leistung und Zuverlässigkeit des Fahrzeugs.
Entsprechend hoch sind die Anforderungen an diese Bauteile:
- Thermische Beständigkeit: Wechselrichter müssen extremen Temperaturbelastungen und wiederholten Temperaturzyklen standhalten, ohne dabei Leistung oder Zuverlässigkeit zu beeinträchtigen.
- Hohe Stromdichten: Die Verarbeitung hoher Ströme auf engem Raum erfordert präzise Konstruktion und eine fehlerfreie Verbindung aller Komponenten.
- Langlebigkeit: Die Leistungselektronik muss über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs hinweg zuverlässig funktionieren, auch unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen.
- Sicherheit: Defekte im Wechselrichter können die Funktion des Antriebs beeinträchtigen und im schlimmsten Fall zu sicherheitsrelevanten Ausfällen führen.
Eine besondere Herausforderung für Hersteller besteht darin, potenzielle Fehler frühzeitig zu erkennen. Kritische Defekte wie fehlerhafte Lötstellen, Delaminationen von Substraten, Lunker oder andere Materialunregelmäßigkeiten entstehen häufig im Inneren der Leistungsmodule und bleiben bei herkömmlichen optischen Prüfverfahren unsichtbar. Um die hohe Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit von Wechselrichtern sicherzustellen, ist deshalb eine umfassende Qualitätssicherung entlang des gesamten Fertigungsprozesses erforderlich. Zerstörungsfreie Prüfverfahren ermöglichen es, verborgene Defekte frühzeitig zu identifizieren und die Qualität sicherheitskritischer Komponenten zuverlässig zu überwachen.
Strategischer Hebel für die Wettbewerbsfähigkeit Europas
Angesichts des zunehmenden Wettbewerbs in der europäischen Automobilindustrie wird die Qualitätssicherung von Leistungselektronik zu einem entscheidenden Erfolgsfaktor. Während die Nachfrage nach Elektrofahrzeugen weiter steigt, stehen Hersteller gleichzeitig unter hohem Kosten- und Innovationsdruck. Hinzu kommen immer strengere Anforderungen an Zuverlässigkeit, Sicherheit und Produktqualität. Moderne Prüflösungen leisten dabei einen wichtigen Beitrag zur Wettbewerbsfähigkeit. Sie ermöglichen es, Defekte bereits in frühen Fertigungsphasen zu erkennen und zu beheben, bevor sie sich auf die Leistung oder Lebensdauer der Komponenten auswirken. Das reduziert Ausschuss, vermeidet kostspielige Nacharbeiten und senkt das Risiko späterer Reklamationen.
Gleichzeitig helfen präzise Prüfverfahren dabei, die Qualität sicherheitskritischer Bauteile zuverlässig nachzuweisen und die hohen Anforderungen von Automobilherstellern, Zertifizierungsstellen und Audits zu erfüllen. Für europäische Hersteller kann eine leistungsfähige Prüfstrategie so zu einem wichtigen Wettbewerbsvorteil werden.
Prüflösungen für die Herausforderungen der Elektromobilität
Die zunehmende Elektrifizierung von Fahrzeugen stellt auch die Qualitätssicherung vor neue Anforderungen. Wechselrichter, IGBT-Module, MOSFETs und andere Leistungskomponenten sind hochkomplexe Baugruppen, die aus mehreren Materialschichten, DCB-Substraten (Direct Copper Bonding), empfindlichen Halbleitern und leistungsfähigen Lötverbindungen bestehen. Selbst kleinste Defekte können die Leistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer dieser Komponenten beeinträchtigen.
Zu den typischen Fehlerbildern zählen Lötstellenfehler, Delaminationen, Risse, Hohlräume oder Materialeinschlüsse. Da diese Defekte häufig im Inneren der Bauteile entstehen, lassen sie sich mit konventionellen optischen Prüfverfahren nur schwer oder gar nicht erkennen. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an die Fehlerfreiheit der Komponenten, da sie unmittelbar Einfluss auf Sicherheit, Effizienz und Reichweite elektrifizierter Fahrzeuge haben.
OMRON entwickelt seit mehr als 90 Jahren Technologien für industrielle Automatisierung und Qualitätskontrolle und unterstützt Hersteller weltweit mit Lösungen für die industrielle Bildverarbeitung, automatisierte Messtechnik und zerstörungsfreie Prüfung. Die Systeme kommen unter anderem in der Elektronik-, Automobil-, Halbleiter- sowie Luft- und Raumfahrtindustrie zum Einsatz.
Um den speziellen Anforderungen moderner Leistungselektronik gerecht zu werden, hat OMRON seine bewährte Röntgenprüftechnologie gezielt weiterentwickelt. Auf Basis der VT-X750-Plattform, die ursprünglich für die Inspektion hochbestückter Leiterplatten und oberflächenmontierter Bauteile entwickelt wurde, entstand das VT-X850. Dieses System wurde speziell darauf ausgelegt, die komplexen Strukturen moderner Leistungsmodule zuverlässig zu analysieren und verborgene Defekte frühzeitig sichtbar zu machen. Dadurch unterstützt es Hersteller, die Qualität ihrer Produkte zu sichern und Ausfallrisiken entlang des gesamten Fertigungsprozesses zu minimieren.
Hochauflösende 3D-Röntgenprüfung für Leistungselektronik
Das OMRON VT-X850 ist ein hochauflösendes 3D-Röntgenprüfsystem, das speziell für die Anforderungen moderner Leistungselektronik entwickelt wurde. Mithilfe der Computertomographie (CT) erstellt das System detaillierte dreidimensionale Darstellungen der inneren Bauteilstruktur und macht Defekte sichtbar, die mit konventionellen optischen Prüfverfahren verborgen bleiben.
Basierend auf der bewährten VT-X750-Plattform wurde das VT-X850 gezielt für die Inspektion von Leistungsbauelementen wie IGBT-Modulen, MOSFETs und Wechselrichterkomponenten weiterentwickelt. Die hochauflösende 3D-Röntgentechnologie ermöglicht eine zerstörungsfreie Analyse sämtlicher Bauteilschichten und liefert präzise Einblicke in komplexe interne Strukturen.
So lassen sich unter anderem erkennen:
- Innere Hohlräume (Voids) unter IGBT- oder MOSFET-Chips
- Löt- und Schweißfehler wie Kaltstellen, Lufteinschlüsse oder Verunreinigungen
- Delaminationen und Mikrorisse innerhalb von Substraten und Verbindungsstrukturen
- Ausrichtungsfehler in mehrschichtigen Baugruppen
Die zerstörungsfreie Prüfung spielt eine entscheidende Rolle, um die Zuverlässigkeit von Leistungskomponenten unter hohen thermischen und elektrischen Belastungen sicherzustellen. Durch die frühzeitige Erkennung potenzieller Schwachstellen unterstützt das VT-X850 Hersteller dabei, Ausschuss zu reduzieren, Prozesse zu optimieren und die hohen Qualitätsanforderungen der Elektromobilität zuverlässig zu erfüllen.
Die Leistungsfähigkeit moderner Röntgenprüfsysteme zeigt sich besonders im industriellen Einsatz. So integrierte einer der weltweit führenden Hersteller von Elektrofahrzeugen das VT-X850 von OMRON in seine Produktionslinien für Wechselrichter und andere leistungselektronische Komponenten, um die Qualitätskontrolle seiner anspruchsvollsten Baugruppen weiter zu optimieren.
Der Hersteller stand dabei vor mehreren Herausforderungen:
- Begrenzte Erkennungsraten bei komplexen internen Defekten in Leistungsmoduleinheiten
- Hohe Prozessanforderungen bei Wechselrichtern der neuesten Generation, die mit bestehenden Prüfverfahren nur eingeschränkt überprüft werden konnten
- Senkung der DPPM-Rate (Defects per Million Parts) bei gleichzeitig hohen Produktionsvolumina und kurzen Taktzeiten
Vor allem die zunehmende Komplexität der Leistungselektronik stellte die vorhandenen Prüfsysteme vor Herausforderungen. Verborgene Fehler in Lötverbindungen, Substraten oder Halbleiterstrukturen mussten zuverlässiger erkannt werden, ohne die Produktivität der Fertigung zu beeinträchtigen.
Nach einer umfassenden Evaluierungsphase entschied sich das Unternehmen daher für die Integration des VT-X850 in seine kritischsten Produktionsbereiche. Hier übernimmt das System die hochauflösende 3D-Röntgenprüfung von Leistungskomponenten, die in den Elektrofahrzeugen der nächsten Generation zum Einsatz kommen.
Durch die detaillierte Analyse der inneren Bauteilstrukturen lassen sich potenzielle Fehler bereits frühzeitig im Fertigungsprozess identifizieren. Dies trägt dazu bei, die Prozessstabilität zu erhöhen, Ausschuss und Nacharbeit zu reduzieren sowie die hohen Qualitäts- und Zuverlässigkeitsanforderungen der Elektromobilität konsequent einzuhalten.
Der Einsatz zeigt exemplarisch, welche Bedeutung moderne zerstörungsfreie Prüftechnologien für die industrielle Fertigung von Leistungselektronik gewonnen haben. Gerade in einem Markt, in dem Reichweite, Effizienz und Zuverlässigkeit zu den wichtigsten Kaufkriterien zählen, wird die frühzeitige Erkennung verborgener Defekte immer mehr zu einem entscheidenden Wettbewerbsvorteil.
Die Einführung des VT-X850 führte zu einer Reihe messbarer Verbesserungen entlang des gesamten Fertigungsprozesses:
- Höhere Fehlererkennungsraten bei kritischen Defekten wie Löt- und Schweißfehlern sowie Delaminationen unter den Halbleiterchips
- Weniger Qualitätsrückläufer und Reklamationen durch die frühzeitige Identifikation von Fehlern, die mit herkömmlichen Prüfverfahren verborgen geblieben wären
- Optimierte Prozesskontrolle dank präziserer Qualitätsdaten und einer verbesserten Rückverfolgbarkeit entlang der Fertigungskette
- Stabilere Produktionsprozesse, da kritische Prozessabweichungen schneller erkannt und korrigiert werden konnten
- Höheres Vertrauen in die Produktqualität, da die geprüften Leistungsmodule die hohen Anforderungen an Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Sicherheit zuverlässig erfüllten
Fazit
Die Elektrifizierung der Automobilindustrie und die steigenden Anforderungen an die Leistungselektronik, beispielsweise Wechselrichter, erfordern immer ausgefeiltere Prüflösungen. Das VT X850-System von OMRON ist ein unverzichtbares Werkzeug, um die Qualität und Zuverlässigkeit von Leistungselektronikkomponenten in Elektrofahrzeugen zu gewährleisten.
Weitere Informationen: OMRON Kontrollsysteme
*Der elektrische Antriebsstrang umfasst alle Komponenten, die für die Erzeugung und Übertragung der Antriebskraft in einem Elektrofahrzeug verantwortlich sind. IGBT-Module (Insulated Gate Bipolar Transistors) sind Halbleiterschalter, die elektrische Hochströme präzise steuern. MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors) erfüllen eine ähnliche Schaltfunktion, typischerweise bei höheren Frequenzen und in niedrigeren Leistungsbereichen. DC/DC-Wandler regeln die Spannungspegel zwischen verschiedenen Teilen des Bordnetzes, beispielsweise indem sie die Hochspannungsenergie der Batterie herabtransformieren, um die 12-V-Systeme des Fahrzeugs zu versorgen. Wechselrichter (Inverter) wandeln den in der Batterie gespeicherten Gleichstrom (DC) in den für den Antrieb des Elektromotors erforderlichen Wechselstrom (AC) um und sind die zentrale Komponente, die die Leistung und Energieeffizienz des Fahrzeugs bestimmt.
