Hochstrom-Leiterplatten Leistungsplatine

Die dritte Dimension

Mit HSMtec ist es möglich, sowohl Standard- als auch Hochstromleiterplatten sowie Platinen mit integriertem Wärmemanagement in eine platzsparende dreidimensionale Konstruktion zu verwandeln.

Kerbfräsungen an den Sollbiegestellen sorgen dafür, dass sich einzelne Leiterplattensegmente durch beliebige Einstellung des Neigungswinkels in die gewünschte Ausrichtung bringen lassen (Bild 2).

Die flexibel ausrichtbaren Segmente erreichen die gleiche Stabilität wie separate mechanisch verbundene Teile, sodass sich deren Neigungswinkel auch bei starken Vibrationen nicht ändert.

Integrierten Kupferprofile und -drähte führen hohe Ströme in elektrischen Verbindungen aller Art, außerdem bieten sie thermische Pfade über die Biegekanten der dreidimensionalen Leiterplatte (Bild 3).

Aufgrund der  Designfreiheit lässt sich HSMtec meist auch in bestehende Layouts integrieren. Ein Anwendungsbeispiel aus der Windenergiebranche soll das Potenzial verdeutlichen.

Der reibungslose Betrieb von Windenergieanlagen stellt hohe Anforderungen an die Qualität der einzelnen Komponenten und vor allem an die Steuerung.

Neue Verfahren spielen bei der Realisierung immer leistungsstärkerer Anlagen eine entscheidende Rolle. 

Für Häusermann galt es, für SSB Wind Systems die Steuerung der Rotorblätter zu optimieren (Bild 4). Die wesentliche Herausforderung bei diesem Projekt war es, einen Dauerstrom von 125 A und einen Spitzenstrom von 250 A für 20 s zwischen den IGBTs und zu den Hochstromsteckern zu führen.

Die maximal zulässige Erwärmung der Leiterplatte durfte dabei nur 40 K betragen. Mittels Ultraschallverbindungstechnik wurden 4 mm breite und 0,5 mm dicke Kupferprofile mit einer Gesamtlänge von 1360 mm auf beiden Außenlagen zwischen den Hochstromanschlüssen und bei den Zu- und Ableitungen der IGBTs eingebracht.

Auf den 70 μm dicken Außenlagen ließ sich dadurch zusätzlich relevante Steuerelektronik unterbringen, was die Gesamtschaltung deutlich verkleinerte.

Im direkten Vergleich mit einer alternativen Dickkupfer-Leiterplatte (210 μm Außenlagen, zwei Innenlagen für Steuerelektronik) ließ sich ein Kostenvorteil von 13% erzielen. Auch im Vergleich zu einer Lösungsvariante mit Stromschienen sanken die Gesamtsystemkosten.

Die Einsparung von Kupferschienen vermied zusätzliche Kosten für Montage und Beschaffung, gleichzeitig ließen sich potenziell fehleranfällige mechanische Verbindungsstellen vermeiden.