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Miniaturisierung bei Spulenbauelementen durch neues Faltverfahren

Würth Elektronik hat ein neuartiges Faltverfahren entwickelt. Mit dessen Hilfe sollen sich die Eigenschaften von Planarspulen etwa für Sensor- oder Aktorapplikationen verbessern lassen. Das Verfahren namens Embedded Faltflex ermöglicht, dass durch das Falten flexibler Folienstrukturen Spulen mit nahezu beliebiger Lagenzahl, hoher Strombelastbarkeit und geringen parasitären Kapazitäten in Leiterplatten eingebettet werden können. Eine erste Applikation liegt vor, wie das Unternehmen mitteilt: Ein eC/DC-Modul für die Stromauskopplung im Umfeld des AS-Interface.

Bisher sei aus wirtschaftlichen Gründen die Anzahl der Lagen bei Planarspulen auf zwölf bis 16 begrenzt gewesen. Mit dem neuartigen Verfahren hat der Leiterplattenhersteller Würth Elektronik jedoch eine Lösung gefunden. Durch Falten flexibler Folienstrukturen lassen sich miniaturisierte Spulen mit nahezu beliebig vielen Lagen erzeugen, erklärt das Unternehmen. Dabei kommen neu entwickelte sowie auch etablierte Entwurfs- und Herstellungsverfahren zum Einsatz, heißt es. Mit der Feinstleitertechnik auf flexiblen Foliensubstraten stehe eine leistungsfähige Basistechnologie zur Verfügung. Mittels Standardverfahren werden auf dem flexiblen Foliensubstrat beidseitig Strompfade in Präzision erzeugt, wird erläutert. Dabei gebe es unterschiedliche Faltflex-Aufbauvarianten, die sich in der Kupferdicke, der Leiterbahnbreite oder im Leiterbahnabstand unterscheiden würden.

Durch die Kombination von definierten Layout-Parametern, Spulenpositionen und einer definierten Falt-Technologie sollen sich wesentlich höhere Wicklungsdichten in dem aufgebauten Multilayersystem realisieren lassen. Der Faltvorgang wandele eine zweidimensionale Struktur um in ein dreidimensionales Bauelement, das sich sogar direkt in konventionelle Leiterplatten integrieren lasse. Mit geeigneten Fügetechnologien, wie beispielsweise dem Verpressen und Verkleben, werde ein kompaktes Spulenbauelement mit Kontaktierungen auf den Außenseiten erzeugt. Die gefaltete Spule weist eine hohe Strombelastbarkeit, einen kleinen Ohm'schen Widerstand sowie geringe und eng tolerierte kapazitive Beläge auf, gibt das Unternehmen an.

Die Faltflex-Technologie sei erstmals in einer Applikation für das AS-Interface-Umfeld (Aktuator-Sensor-Interface) umgesetzt worden. In Zusammenarbeit mit dem Forschungs- und Transferzentrum der HTWK Leipzig hat das Unternehmen ein eC/DC-Modul mit Spezialinduktivitäten nach dem neuen Prinzip gefertigt. Diese Spezialinduktivitäten seien dazu da, die Stromversorgung peripherer Komponenten wie Sensor- oder Aktorsysteme rückwirkungsfrei vom gleichzeitig übertragenen Datensignal zu entkoppeln. Neben den grundlegenden Parametern wie Induktivität und Stromtragfähigkeit seien auch an Verlustleistung, Baugröße und Robustheit erhöhte Anforderungen gestellt gewesen. Zudem hätten sich die parasitären Parameter kritisch gestaltet, denn es sei ein kapazitätsarmer Aufbau von <15 Pikofarad vorgeschrieben gewesen.

Die mithilfe der neuen Technologie hergestellten Spezialinduktivitäten wurden in Verbindung mit Komponenten des industriellen Bussystems AS-Interface in einem so genannten eC/DC-Modul erprobt, erklärt das Unternehmen. Sie stellen eine Kombination aus Embedded Faltflex-Spulen mit verschiedenen symmetrischen Wicklungen und Übertragungsverhältnissen und einer dazu passenden Zusatzbeschaltung dar, heißt es weiter. Eine frühzeitige Bewertung dieser Spulen über einfache Messmethoden (Widerstandsmessung) und eine abschließende Prüfung am Endprodukt sollen eine gute Balance zwischen Kosten und Qualität schaffen.
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