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Stromintensive Applikationen erfordern neuartige Leiterplattendesigns

Engpässe elegant überbrücken

19. November 2014, 13:14 Uhr   |  Von Jürgen Westenkirchner und Alfred Goldbacher

Engpässe elegant überbrücken
© Würth Elektronik

Wirelaid-Technik für Hochstrom-Applikationen

Hochstromleiterbahnen auf Mehrlagenplatinen können durch eine Fertigungstechnik namens Wirelaid häufig preiswert realisiert werden. Diese Technik bedient sich verschiedener Kupferdrahtvarianten, die von jedem Leiterplattenhersteller ohne Änderungen im Produktionsablauf in jedes Standardbasisma­te­rial eingebettet werden können.

Wirelaid klingt, als sei es eine amerikanische Produktidee. Sie wurde indes in Deutschland von der Firma Jumatech erfunden und wird dort seitdem kontinuierlich weiterentwickelt. Hinter dem Produktnamen verbirgt sich eine Fertigungstechnik, die sich, wenn hohe Stromstärken bei gleichzeitiger Signalführung über die Leiterplatte zu den jeweiligen Bauteilen zu führen sind, als kostengünstige Alternative bewährt hat; insbesondere im Vergleich zu Dickkupfer-Technik, der Parallelschaltung über zusätzliche Lagen oder gar der Verwendung von Stromschienen (Busbars).

Bei der als Wirelaid bezeichneten Drahtschreibetechnik werden Drähte direkt auf die Innenseite (getreatete Seite) einer Standard-Kupferfolie geschweißt und in die Platine eingebettet. Dadurch werden aus normalen Leitern, die nur geringe Stromstärken vertragen, Hochstromleiter, die es ermöglichen, Leistung und Logik auf einer Platine zu realisieren. Die erwähnte Technik eignet sich für Anwendungen in Branchen wie Automotive, Industrieelektronik, Bahntechnik oder Erneuerbare Energien. Geeignete Beispiele sind Um- & Wechselrichter, Motorelektronik und Antriebe, Getriebeelektronik und Frequenzumrichter.

Die Wirelaid-Leiterplatte unterscheidet sich in keiner Weise von Standard-Leiterplatten, ist SMD-fähig und kann somit auch mit Fine-Pitch-Bauteilen und µBGAs bestückt werden. Durch das selektive Einbringen von Leiterquerschnitt lediglich an den Hochstromnetzen verringert sich während des Lötprozesses im Vergleich zu konventionellen Lösungen (z.B. mehrlagiges Dickkupfer) die Wärmeaufnahme der Leiterplatte deutlich – geringerer thermischer Stress und einfachere Handhabung sind die Folge. Gegebenenfalls vorgelagertes Tempern kann somit entfallen. Die Implementierung des Wirelaid-Designs kann in jedem beliebigen EDA/CAD-System erfolgen. Der Wirelaid-Layer wird einfach nur als Zusatzebene eingefügt und eindesignt.

Produktionstechniken kontinuierlich weiterentwickelt

Nachdem diese Technik 2006 mit eigens dafür entwickelten Produktionsautomaten am Markt für Leiterplattenfertigung eingeführt wurde, ist die Fertigungsmethode bereits vielen bekannt. Für diejenigen, die sich noch informieren wollen, gibt es Grundlagen zu dieser Herstellmethode im Kasten „Basiswissen“. Bereits 2010 erschien explizit dazu ein ausführlicher Fachbeitrag in der Elektronik [1]. Ende 2011 wurde darauf aufbauend ein Leiterplatten-Designwettbewerb ins Leben gerufen, der im Frühjahr 2012 anhand cleverer Produktideen die Praxisvorteile dieser Herstelltechnik vor Augen führte.

Dieser Designwettbewerb wird in den kommenden Monaten wiederbelebt, zumal neue Fertigungslösungen im Laufe der Jahre hinzukamen, die das Potenzial realisierbarer Projekte nochmals deutlich ausweiten. Auf diese neuen Lösungsansätze wird noch ausführlicher eingegangen.

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1. Engpässe elegant überbrücken
2. Gesucht sind clevere Ideen für Power-PCB-Designs
3. Wirelaid-Derivate für dedizierte Anforderungsprofile
4. Kostenvergleich für Klein- und Mittelserien
5. Weitere Wirelaid-Projekte
6. Wirelaid-Basiswissen in Stichworten

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