Eugen G. Leuze Verlag KG
×
 x 

Warenkorb leer.
Warenkorb - Warenkorb leer.

Newsletter

Auf dem Laufenden bleiben? Jetzt unsere Newsletter auswählen und alle 14 Tage die neuesten Nachrichten in Ihrem E-Mail Postfach erhalten:

Bitte JavaScript aktivieren, um das Formular zu senden

Onlineartikel Suche

Volltext

Autoren

Ausgabe

Jahr

Kategorie

Nächste Termine

Neueste Jobs

Dienstag, 29 Juni 2021 11:59

Smarte Lösungen für Planarspulen

von
Geschätzte Lesezeit: 2 - 4 Minuten
Abb.1: FR4-Bauteil mit höchst präzisen Symmetrien Abb.1: FR4-Bauteil mit höchst präzisen Symmetrien

In einem aktuellen White Paper stellt Unimicron Germany Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten einer FR4-basierten Planarspule im Vergleich zu einem konventionellen Bauteil vor.

Betrachtet man heutige innovative Elektronik-Systeme, stellt man fest, dass diese einerseits immer leistungsfähiger und andererseits immer kompakter werden. Das Gehäuse und die Bauteile werden kleiner, die Performanz hingegen steigt. Der Platz auf der Leiterplatte reicht nicht mehr aus, um die geforderte Funktionalität zu gewährleisten.

Abb. 2: WPC Spule zur Übertragung von Strom und DatenAbb. 2: WPC Spule zur Übertragung von Strom und DatenDieser Spagat stellt so manchen Entwickler vor große Herausforderungen. Eine potentielle Lösung kann das Embedding darstellen. Dabei werden passive oder aktive Komponenten in die Leiterplatte integriert. Das im White Paper beschriebene Konzept ermöglicht es, u. a. eine passive Leiterplatte auf Grundlage eines definierten Multilayers in ein aktives Bauteil zu verwandeln.

Wenn drahtgewickelte Spulen an Grenzen stoßen

Basierend auf der Wechselwirkung von elektrischen Feldern werden viele Sensoren und Aktoren mit konventionellen, drahtgewickelten Induktivitäten realisiert. Unterliegt eine Elektronik-Baugruppe höheren Anforderungen, z. B. im Bereich Umgebungstemperatur und Temperaturschwankungen, wirken sich konventionelle Bauteile hinsichtlich Isolationsklassen und Ausdehnungskoeffizient oft limitierend aus. Der alternative Einsatz von eingebetteten Planarspulen in FR4 hingegen ermöglicht ungeahnte Perspektiven. Dank der fortgeschrittenen Feinstleitertechnologie, neuen Basismaterialien sowie optimierten Berechnungs- und Simulationstools können sowohl kleinste planare Induktivitäten als auch hochstromfeste Spulenanwendungen für beispielsweise Wireless Power Charging (WPC) realisiert werden.

Wenn aus FR4, Kupferleiterbahn und Kern ein Bauteil wird

 Abb.: 3: Transformatoren und ÜbertragerAbb.: 3: Transformatoren und Übertrager

 Abb. 4: Schliffbild einer FR4-PlanarspuleAbb. 4: Schliffbild einer FR4-Planarspule

 plus 2021 06 0062Abb. 5: Sensorik bei Planarspulen

Die Herstellung von kundenspezifischen Spulen erfolgt in einer auf Feinstleitertechnologie ausgerichteten, hochmodernen Fertigung. Alle geforderten Parameter fließen in die digitale Berechnung und Datenaufbereitung der Spule ein. In der Produktion mit hohem Automatisierungsgrad und Reinräumen der Klasse 10 000 werden die Leiterbahnen präzise in den Innenlagen registriert und kontaktiert. Aufgrund der exakten Positionierung und der digitalisierten Produktion können optimale Spulenwerte, kleinste Toleranzen und eine enorm hohe Reproduzierbarkeit erzielt werden. Mit der innovativen Spulentechnologie auf FR4-Basis lassen sich Wicklungen mit einem höheren Kupferfüllgrad und präzisen Symmetrien fertigen. FR4-Planarpulen zeichnen sich besonders durch eine hohe Strombelastbarkeit, geringe parasitäre Kapazitäten und einen minimalisierten ohmschen Widerstand aus. Sie weisen zudem bessere Werte bezüglich Isolationsklasse und Ausdehnungskoeffizient auf, was die Zuverlässigkeit der Baugruppen erhöht. FR4-Planarspulen bieten eine größere Flexibilität hinsichtlich der Baugröße und der möglichen Ankontaktierungsvarianten (Pads, Halbbohrungen oder Pins).

Die hohe Integrationsdichte und der hohe Kupferfüllgrad von FR4-Planarspulen wirken sich außerdem positiv auf Signalintegrität und Wärmemanagement aus.

Wenn die Vorteile überwiegen

Der Einsatz von FR4-basierten Planarspulen bietet folgende Vorteile gegenüber konventionellen Induktivitäten:

Herstellung:

  • kleine Baugröße und flache Bauhöhe
  • hoher Kupferfüllgrad auf gleichem Raum
  • hohe Strombelastbarkeit
  • hohe Vibrations- und Schwingungsfestigkeit
  • weniger Skineffekte durch flache Leiterbahnen
  • weniger Streuinduktivität durch kurze Wege
  • hohe Präzision der Lagen und genaue Produzierbarkeit
  • Reproduzierbarkeit in x-beliebiger Menge
  • Kombination mit anderen Leiterplattentechnologien

Montage:

  • niedriger Schwerpunkt der Baugruppe
  • keine Übergangsstellen mit anderen Metallen als Kupfer durch Einbetten in Multilayer
  • Nutzung von standardisierten Bestückungs-und Montage-prozessen

Reproduzierbarkeit:

  • komplett digitale Daten- aufbereitung und Fertigung
  • prozessbedingt engeres Toleranzfenster über ein Produktionslos und Folgeaufträge
  • definierte Design Rules und Lagenaufbauten

Fazit

Wenn es bei der aktuellen Entwicklung eines Elektroniksystems, egal ob Neu- oder Redesign, um den Einsatz von Induktivitäten geht und zusätzlich Anforderungen hinsichtlich Miniaturisierung oder auch Wärmeableitung bestehen, dann kann der Einsatz der FR4-basierten Spulentechnologie eine optimale Lösung bieten. FR4-Planarspulen können platzsparend in einen Multilayer eingebettet werden, ergeben optimale Werte und sind höchst zuverlässig. Als Einzelbauteil lassen sie sich in Trays gelegt und gegurtet im Standard-Bestückungs- und Montageprozess einfach verarbeiten. FR4-Bauteile sind vielseitig einsetzbar und können mit zusätzlichen Leiterplattentechnologien wie HDI Microvia oder Semiflex kombiniert werden. Sollte dies gefordert sein, ist eine Abstimmung bereits in der Entwicklungsphase empfehlenswert.

Anwendungsbeispiele

Die FR4-Spulentechnologie ist vielseitig und lässt sich in verschiedensten Anwendungen einsetzen. Einige Applikationen aus der Praxis sind dazu im Whitepaper zu finden, das unter folgendem Link heruntergeladen werden kann.

https://unimicron.de/white-paper-download-planarspulen-auf-fr4-basis.html

 Über Unimicron Germany

Unimicron Germany (ehemals Ruwel) ist ein traditionsreicher Hersteller von Leiterplatten in Deutschland. Das hoch automatisierte Innenlagenwerk ist eines der modernsten in Europa. Das breite Produktspektrum reicht von Leiterplatten in Standardtechnologie wie doppelseitige PCBs über Multilayer bis 30 Lagen bis hin zu anspruchsvolleren Technologien wie HDI, Dickkupfer-Techniken, Hochfrequenz-PCBs oder Semiflex. Unimicron fertigt Muster, kleine und mittlere Losgrößen oder hohe Stückzahlen. Als High Reliability Business Unit innerhalb der Unimicron Technology Group, einem weltweit tätigen Hersteller für PCBs, hat Unimicron Germany direkten Zugriff auf die asiatischen Partnerwerke.

 

 

Weitere Informationen

  • Ausgabe: 6
  • Jahr: 2021

Der Leuze Verlag ist die Quelle für fundierte Fachinformationen.
Geschrieben von Fachleuten für Fachleute. Fachzeitschriften und Fachbücher
rund um Galvano- und Oberflächentechnik sowie Aufbau- und Verbindungstechnik in der Elektronik –
seit 119 Jahren professionelle Informationen und Fachwissen aus erster Hand.

UNTERNEHMEN

ZAHLARTEN

Paypal Alternative2Invoice
MaestroMastercard Alternate
American ExpressVisa

Zahlarten z.T. in Vorbereitung.

KONTAKT

Eugen G. Leuze Verlag KG
Karlstraße 4
88348 Bad Saulgau

Tel.: 07581 4801-0
Fax: 07581 4801-10

E-Mail: info@leuze-verlag.de oder
E-Mail: mail@leuze-verlag.de