Partielle Dickkupfertechnik WIRELAID Technologie und technische Anwendung Agenda www.we-online.de Seite 2 05.11.2013 Einführung Anforderungen des Marktes: Power (3-200A) Logik (SMD, Feinleiter) Nutzen www.we-online.de Seite 3 05.11.2013 Einführung Das Prinzip Einsatz von Drähten zur Realisierung von Hochstromleiter Zusammenspiel von Leistungs- und Steuerungselektronik Alternative zu Dickkupfer oder Parallelschaltungen (Lagen) Die Technik Anschweißen versilberter Kupferdrähte auf Rückseite (Treatment) der Standardkupferfolien Nach dem Verpressen liegen die Drähte im inneren des Laminates, eingebettet im Prepreg Ankontaktierung der Drähte durch Ätzen von Leiter Außenlagen sind somit auch SMD-fähig www.we-online.de Seite 4 05.11.2013 Der Herstellungsprozess 1 2 3 4 5 6 7 www.we-online.de Seite 5 • Anschweißen des ersten Punktes • Ziehen und Ablängen des Drahtes • Schweißung des zweiten Punktes • Wenden der bestückten Folie • Verpressen der Folie • Einbetten der Drähte • Fertiger Multilayer 05.11.2013 Der Herstellungsprozess 1 2 3 4 5 6 7 www.we-online.de Seite 6 • Anschweißen des ersten Punktes • Ziehen und Ablängen des Drahtes • Schweißung des zweiten Punktes • Wenden der bestückten Folie • Verpressen der Folie • Einbetten der Drähte • Fertiger Multilayer 05.11.2013 Die Drahttypen Flachdraht _____________ www.we-online.de F08 0,8 x 0,25mm² Querschnittsfläche: 0,2mm² F14 Querschnittsfläche: 1,4 x 0,35mm² 0,5mm² Seite 7 05.11.2013 3 Dimensionale Einbaumöglichkeit Wirelaid 3D www.we-online.de Seite 8 Tiefenfräsung durch das Basismaterial Komplexe Einbauräume ohne Stecker Große Querschnitte und Scharnierfunktion Biegeradien <1mm möglich 05.11.2013 WIRELAID vs. Standard www.we-online.de Seite 9 05.11.2013 WIRELAID vs. Standard (70µm) 0,63mm² Anforderung Kunde: 20A bei 20K 8,9mm 4,5mm 1,9mm Mit WIRELAID Einsparung um 78,7% WIRELAID F14 www.we-online.de Querschnitt Draht Leiter über Draht (35µm Basis-Cu) Breite Standardleiter (35µm Basis-Cu) Reduzierung 0,5mm² 1,9mm 8,9mm 78,7% Seite 10 05.11.2013 Kurzumfrage 1. Raten Sie wie viel Ampere zwei F14-Flachdrähte bei einer maximalen Erwärmung von 20K tragen können? 1. 12A 2. 23A 3. 38A www.we-online.de Seite 11 05.11.2013 Design Guide www.we-online.de Seite 12 05.11.2013 Stromtragfähigkeit Drähte auf der Innenlage Temperaturerhöhung (ΔT in °C) Kupferdicke des abdeckenden Leiters70µm Strom [A] Leiterbreite [mm] Draht 1x300 0.9 2x300 1.8 1x800 1.4 2x800 3.1 3x800 4.8 4x800 6.5 x F14 2.0 1x14002 2x1400 4.3 3x1400 6.6 4x1400 8.9 35µm 38 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 8 13 19 28 40 3 6 8 12 16 3 6 9 13 18 2 2 4 5 7 1 1 2 3 4 0 1 2 2 3 2 2 4,3mm 3 5 5 0 1 1 2 3 0 0 1 1 2 0 0 0 1 1 53 21 22 9 6 4 7 4 2 1 . 25 28 11 7 5 9 5 2 2 . 31 35 13 9 6 11 6 3 2 . 38 42 16 10 7 13 8 3 3 . 45 50 19 12 9 16 9 4 4 . 52 59 23 14 10 19 11 5 4 . 62 . 27 17 12 22 12 6 5 . . . 32 19 13 26 14 8 6 . . . 36 21 15 30 16 10 7 . . . 41 24 18 34 18 12 9 . . . 46 27 20 20 38 20 13 10 . . . 52 30 22 43 22 15 11 . . . 58 34 25 48 25 16 12 . . . 64 38 28 53 28 18 14 . . . . 41 31 59 30 20 15 . . . . 46 34 65 33 22 17 . . . . 50 37 . 37 24 19 . . . . 55 40 . 40 25 21 . . . . 59 43 . 43 27 22 . . . . 64 47 . 47 29 24 . . . . . 51 . 51 31 26 . . . . . 55 . 54 34 27 . . . . . 58 . 59 36 29 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 . . . . . . . . . 38 41 44 47 50 54 58 62 66 . 31 34 36 36 37 42 47 49 51 54 Strom [A] 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 4,3mm Draht 1x300 2x300 1x800 2x800 3x800 4x800 1x1400 2x1400 3x1400 4x1400 Leiterbreite [mm] 0.9 1.8 1.4 3.1 4.8 6.5 2.0 4.3 6.6 8.9 www.we-online.de 12 5 6 2 1 0 2 0 0 0 21 9 9 4 2 1 3 1 0 0 31 13 14 6 3 2 5 1 1 0 46 17 19 8 4 3 7 2 2 0 63 24 25 11 6 4 8 4 3 1 . 30 32 14 8 5 10 5 3 1 . 39 41 17 10 7 12 7 4 2 . 47 50 20 12 9 14 8 5 3 . 58 61 24 15 11 17 10 6 4 . . . 28 18 13 21 12 7 5 . . . 34 21 15 25 13 9 6 . . . 40 24 17 29 16 10 7 . . . 46 28 19 34 18 12 8 . . . 52 32 23 40 22 14 10 . . . 59 35 26 45 24 16 12 . . . 67 39 30 50 27 18 14 . . . . 45 33 57 30 20 17 . . . . 50 37 64 34 22 19 . . . . 55 41 . 37 24 21 . . . . 60 45 . 43 26 23 . . . . 66 50 . 46 29 25 . . . . . 53 . 50 31 27 . . . . . 59 . 56 35 30 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 65 . . . . . . . . . 39 43 46 50 53 57 62 66 . . . 32 35 37 40 43 46 49 53 57 60 64 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Seite 13 05.11.2013 Handmuster Knickbereiche für 3D-Applikation Freigestellter Bereich der eingebetteten Drähte Querschnittsbetrachtung Drahteinbettung Signalführung www.we-online.de Hochstromführung Seite 14 05.11.2013 Anwendungsbeispiel www.we-online.de Seite 15 05.11.2013 Häufig gestellte Fragen zur Technologie aus Kundensicht Herr Jürgen Westenkirchner – Business Development – Sales – Technical Customer Support FAQ der WIRELAID-Technik – Erfahrungen aus dem Alltag 1. Hot Spots an den geknickten Drahtführungen 2. Ankontaktierung der Wirelaid-Lagen 3. Layouten der Drahtlagen www.we-online.de Seite 16 05.11.2013 FAQ-Erfahrungen aus dem Alltag Hot Spots an den geknickten Drahtführungen Erhöhte Stromdichte Abstand zwischen Drähte durch Designregeln bestimmt Untersuchung des Problems – Thermografische Analyse – Hintergrund: • Leistungsabfall am Ohm'schen Widerstand – Mit P = I² x R, höhere Stromdichte S – Lösung: durch hohe lokale Wärmekapazität entsteht kein HotSpot Es gilt die Beziehung www.we-online.de I [A] = 9,1 [mm²] Seite 17 0,68 * ΔT [K]0,43 05.11.2013 FAQ-Erfahrungen aus dem Alltag Ankontaktierung der Wirelaid-Lagen – – – – Nicht durch den Draht kontaktieren Abstand zwischen Drähte durch Designregeln bestimmt Durchkontaktierung nach Drahtende in das Landepad Je mehr Bohrungen desto besser Untersuchung des Problems – Analog „geknickte Drahtführungen“, jedoch mit deutlich erhöhter lokalen Wärmekapazität durch Stromeinleitungen (Printklemmen, Pressfits, Kabel, usw.) • in Korrelation mit der Konduktuivtität » und der kompletten Emmisivität (Strahlung, Cu 0,76)) – Ergibt sich das Temperaturinkrement aus www.we-online.de Seite 18 05.11.2013 FAQ-Erfahrungen aus dem Alltag Layouterstellung Erstellung einer zusätzlichen Gerberlage als Hilfslayer mit WIRELAID®-Drähten durch Benutzen von Blenden mit den jeweiligen Drahtbreiten. Die Namensgebung des Hilfslayer gibt an, auf welcher Lage die Drähte liegen (Bsp. „wirelaid_top“, „wirelaid_L2“, etc.) top wirelaid_bottom (Help layer) bottom www.we-online.de Seite 19 05.11.2013 Anwendungsbeispiel a) Strombelastung dauerhaft 70 A Zul. Erwärmung: 80C° Vorher: 8Lagen, davon 6 Innelagen mit 105µm Cu Nachher: 4 Lagen mit selektiven Hochstromleiter auf L2 Kostenvorteile durch geringere Lagenanzahl und Kaschierungsdicke www.we-online.de Seite 20 05.11.2013 Anwendungsbeispiel b) Strombelastung dauerhaft 50 A Zul. Erwärmung: 80C° Vorher: 2 Leiterplatten, 6 Lagen mit 70µm Nachher: 1 Leiterplatte, 6 Lagen mit 70µm + Wirelaid 3D Kostenvorteile durch Herstellung, Lötprozess und Wegfall von Steckerverbinder www.we-online.de Seite 21 05.11.2013 Märkte und Zielgruppen www.we-online.de Seite 22 05.11.2013 Anwendungen Automotive Motorelektr.. Hybridtechnologie Getriebeelektr. Automotive Energieversorgung Komfortelektr. Sensorik/ Überwachung www.we-online.de Seite 23 05.11.2013 Anwendungen Industrieelektronik Um- und Wechselrichter Motorantrieb Sensorik Thyristorsteuerung IndustrieElektronik Spannungsverteilung www.we-online.de Seite 24 Netzteile Schaltnetzteil 05.11.2013 Ausblick - Powerflex Eingebettete Drähte durch den „Semiflex-Bereich“ Kombination Knick- und Biegebereich – – Leiten der Signale über Flexbereiche Leiten der Ströme über Knickbereiche www.we-online.de Seite 25 05.11.2013 Vorteile der Technologie www.we-online.de Seite 26 05.11.2013 Vorteile der Technologie Leiten hoher Ströme ohne dicke Kupferschichten – – – – Kostenreduzierung – – – – – – Hohe Ströme innerhalb kleinen Bereichen Verbindung aus Leistungs- und Steuerungselektronik auf einer Lage Partieller Stromführung Dünnere Kupferlagen möglich Einsparung von Leiterplattenbereichen Reduzierung von Lagen Reduzierter Aufwand beim Lötprozess Wegfall von Verbindungselementen Prepreg muss nicht mechanisch bearbeitet werden Keine Abhängigkeit des Kupferlayouts Zuverlässigkeit – – Elektrische Verbindung ohne Kabel oder Stecker (3D) Verbesserung der Entwärmung Reduzierung der Systemkosten www.we-online.de Seite 27 05.11.2013 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit www.we-online.de Seite 28 05.11.2013