Power-Module punkten gegenüber diskretem Lösungsaufbau

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Alle Komponenten sind im Modul vergossen und geschützt

Für ein zuverlässiges System-Design spielt das Leiterplatten-Layout eine herausragende Rolle. Wichtige Faktoren sind hierbei die Induktivität und Widerstände der Leiterbahnen, die einen großen Einfluss auf Schaltverluste und Wärmeentwicklung haben. Auch bei einem nahezu optimalen Layout ist eine Wärmeabgabe der Leistungshalbleiter in die Leiterplatte unvermeidlich. Auch dies ist ein Faktor, der erheblichen Einfluss auf Lebensdauer und Zuverlässigkeit eines Systems hat.

Ein Grund für vermeintlich geringere Kosten von diskreten Komponenten ist die Verwendung von Kupferplatten als Trägermaterial. Diese weisen im Unterschied zum Basismaterial von Power-Modulen (einer Keramikplatte mit dünnen, aufgewalzten Kupferschichten) einen völlig anderen thermischen Ausdehnungskoeffizienten als die darauf befindlichen Leistungshalbleiter auf.

Bildergalerie

Bild 2: Beispiel einer PIM-Topologie (a = Gleichrichter, b = Brems-Chopper, c = Wechselrichter und d = Temparatursensor).(Bild: Vincotech)

Bild 3: Hochwertiges Material, optimale elektrische Eigenschaften und gute thermische Anbindung sind Voraussetzung für hohe Effizienz und Zuverlässigkeit im Feld.(Bild: Vincotech)

Bild 4: Der spezielle Aufbau eines Power-Moduls bietet eine optimale Langzeitzuverlässigkeit bei einer Vielzahl möglicher Lastzyklen.(Bild: Vincotech)

Bild 5: Durch die Press-Fit-Technologie vereinfacht sich die Montage in der Leiterplatte, was Zeit und Kosten spart.(Bild: Vincotech)

Diese Ungleichheit führt zu starker mechanischer Beanspruchung der Lötstelle zwischen Halbleiter und Trägermaterial. Bei den in aktuellen Power-Anwendungen üblichen hohen Temperatur- und Lastwechseln, hat das Power-Modul in Bezug auf Zuverlässigkeit und Lebensdauer wieder alle Argumente auf seiner Seite.

Der Charakter eines Produkts prägt neben dem elektrischen Layout zu einem nicht unerheblichen Teil das mechanische Design. Systeme für Power-Anwendungen arbeiten in den meisten Fällen in extremen Umgebungen. Schlechte Belüftung und raue Umweltbedingungen sind typische Merkmale von Industrieantrieben oder Solar- und Windenergieanlagen. Auch hier bieten Power-Module klare Vorteile. Wie bereits erwähnt, ist die Wärmekopplung an den Kühlkörper optimal gelöst. Zudem sind die Komponenten in dem Modul vergossen und geschützt. Die für Spannungen von einigen hundert Volt notwendigen Kriechstrecken und Mindestabstände, werden sicher eingehalten.

Neben den Komponenten und der Zuverlässigkeit hat der Fertigungsprozess einen sehr großen Einfluss auf die Kosten eines Systems. Je nach Konzept benötigen Systeme mit diskreten Komponenten eine sehr präzise Montage, spezielle Werkzeuge oder einen hohen Aufwand an mechanischer Montage. Die von Vincotech ab Werk verfügbare Press-fit-Technologie bietet eine Reihe solcher Vorteile bei der Montage. Das Modul wird nicht wie üblich gelötet, sondern durch einfaches Einpressen auf der Leiterplatte montiert und zerstörungsfrei auch wieder demontiert werden.

* Dr. Evangelos Theodossiu ist Product Marketing Manager bei Vincotech in Unterhaching bei München.

Artikelfiles und Artikellinks

Link: Produkte und Applikationen von Vincotech

Link: Beitrag im Original erschienen in: ELEKTRONIKPRAXIS Sonderheft Leistungselektronik und Stromversorgungen II (kostenlose ePaper-Version)

Link: Heftausgabe als pdf

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Stand: 08.12.2025

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