Photovoltaik-Wechselrichter
Der Beitrag der Leiterplatte zum höheren Wirkungsgrad
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Lösungen und Konzepte
Auf Seiten der Leiterplatte sollte man folgende Lösungen und Konzepte in Betracht ziehen.
Die Dickkupfertechnik
Diese Technik ist seit vielen Jahren am Markt etabliert. Unter Dickkupfer versteht man in der Leiterplattenbranche Stärken von mehr als 70 bis 400 μm. Im Idealfall befinden sich die Dickkupferlagen im Inneren der Leiterplatte. Auf Außenlagen ist die Kupferdicke aus fertigungstechnischen Gründen begrenzt und liegt üblicherweise bei maximal 105 μm. Mit dem Einsatz von bis zu vier Innenlagen mit jeweils 400 μm Kupfer ist eine Stromtragfähigkeit von mehreren hundert Ampere möglich. Über zusätzliche Bohrungen sind vielfältige Entwärmungsmöglichkeiten gegeben. Die Vorteile der Dickkupfertechnik sind dabei der Einsatz von Standardkomponenten sowie die hohe Marktdurchdringung dieser Technologie.
Combi Boards
Der Grundgedanke des »Combi Boards« ist, Dickkupfer nur in den benötigten Bereichen einzusetzen, um das teure Grundmaterial so effektiv wie möglich zu nutzen. So wird beim Combi Board eine Innenlage gefertigt, die sowohl Dickkupferbereiche für Hochstromanwendungen als auch Standardkupferdicken zur Signalführung aufweist. Mit dem »Combi Board« sind Dickkupfer und Feinleitertechnik bis minimal 100 µm auf einer Leiterplatte möglich. Dadurch können Hochstromtauglichkeit und hohe Funktionsdichte miteinander verflochten werden. Die Innenlage enthält sowohl Dickkupferzonen für die Leistungsbereiche als auch eine Standardkupferschichtdicke, in der die Logikbereiche platziert werden. Die Vorteile:
- Kostenvorteile durch weniger Aufwand in Logistik und Fertigung
- Wegfall von Steckverbindern und Kabeln
- Kombination von unterschiedlichen Lagenaufbauten sind möglich
- hohe Zuverlässigkeit
- Reduzierung des Gewichts im Vergleich zu bisherigen Lösungen möglich
- Raumbedarf durch Kombination mit FR4-Flex-Technologie im Vergleich sehr gering
- Einsatztemperaturen von –40 bis +140 ºC.
Inlay-Boards:
Zur Durchleitung hoher Ströme werden in der Leiterplatte große Kupferquerschnitte benötigt. Weil die Schaltungsflächen durch Gerätedimensionen begrenzt sind, bleibt nur die Option, Leiterdicken zu erhöhen. Mit dem Einsatz von Kupfer-Inlays mit einer Dicke bis maximal 2 mm können auf der Leiterplatte Bereiche geschaffen werden, die Stromspitzen von deutlich mehr als 1000 A erlauben. Inlays werden auch zur reinen Bauteilentwärmung genutzt. Die Vorteile des Inlay-Board sind:
- Verbesserte Wärme-/Strom-Leitfähigkeit durch einen optimierten Wärme- /Strom-Pfad im Vergleich zur konventionellen Kupfer-Einpress-Inlay- Technik
- Trotz integriertem Kühlkörper ist ein mehrlagiger Aufbau möglich.
- Verbesserte mechanische Festigkeit: Durch den Verlege- und Verpress- Vorgang wird das Kupfer-Inlay in die Harzmatrix eingebettet.
- Risse, die bei der konventionellen Technik (Einpressen der Inlays) entstehen können, werden verhindert.
- Kann mit Standardfertigungsprozessen der Leiterplatte realisiert werden.
- Die größere Kühlfläche erleichtert die Wärmeabfuhr und erhöht damit auch die Lebensdauer der Einheit. Geringere Life Cycle Costs sind erzielbar.
- Ist für viele Hochstromanwendungen geeignet; kurzzeitige Stromspitzen von mehr als 1000 A sind möglich.
Leiterplatten mit Thermal Vias:
Die Durchkontaktierungen, deren primäre Aufgabe in einer Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit besteht, kommen in der Praxis häufig zum Einsatz. Anhand von speziellen Berechnungs-Tools lässt sich die Anzahl der benötigten Vias exakt ermitteln. Die Thermal Vias können auch mit einem Dielektrikum verschlossen und überplattiert werden. Vorteilhaft bei diesem »Hilfsmittel« sind der Standard-Leiterplattenprozess und die hohe Anpassungsfähigkeit über die Anzahl der Bohrungen.
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