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Die Erfindung betrifft eine mehrlagige Hochspannungsleiterplatte.
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Aus der
DE 10 2013 226 513 A1 ist eine Leiterplatte bekannt, bei der ein Hochvoltbereich vorgesehen ist, in dem beispielsweise Leistungshalbleiter und deren Treiber realisiert sind. Der Hochvoltbereich bezieht sich auf ein Bezugspotential, das mit sämtlichen Kupferlagen der Leiterplatte angebunden ist. Ein Niedervoltbereich muss galvanisch getrennt von dem Hochvoltbereich ausgeführt sein. Die Flexibilität hinsichtlich des Leiterplattenlayouts ist eingeschränkt. Für die Anordnung der Hochvoltbereiche auf der Leiterplatte ist ein erhöhter Platzbedarf erforderlich.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Hochspannungsleiterplatte bereit zu stellen, bei der der Hochvoltbereich und der Niedervoltbereich vorteilhaft, insbesondere platzsparend, angeordnet sein können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine mehrlagige Hochspannungsleiterplatte entsprechend den Merkmalen des Patentanspruch 1 angegeben.
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Die mehrlagige Hochspannungsleiterplatte weist einen Hochvoltbereich und einen Niedervoltbereich auf. Zwischen dem Hochvoltbereich und dem Niedervoltbereich ist eine Basisisolationsschicht angeordnet. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass der Hochvoltbereich eine Dicke aufweisen kann, die kleiner ist als eine Gesamtdicke der Hochspannungsleiterplatte. Das bedeutet, dass insbesondere entlang der Dickenrichtung der Hochspannungsleiterplatte zumindest bereichsweise der Hochvoltbereich und der Niedervoltbereich übereinander angeordnet sein können. Die mehrlagige Hochspannungsleiterplatte weist also insbesondere eine Hochvoltbereich-Lage und eine in Dickenrichtung darüber oder darunter angeordnete Niedervoltbereich-Lage auf. Insbesondere wurde erkannt, dass die Basisisolationsschicht eine Isolation in Dickenrichtung der Leiterplatte ermöglicht. Die Basisisolationsschicht weist eine zumindest anteilig quer, insbesondere senkrecht, zur Dickenrichtung der Hochspannungsleiterplatte orientierte Hochvoltbereich-Grenzfläche auf, die an den Hochvoltbereich angrenzt. Die Basisisolationsschicht weist eine der Hochvoltbereich-Grenzfläche gegenüberliegende Niedervoltbereich-Grenzfläche auf, die zumindest abschnittsweise quer und insbesondere senkrecht zur Dickenrichtung der Hochspannungsleiterplatte orientiert ist. Es ist nicht zwingend erforderlich, Hochvoltbereich und Niedervoltbereich ausschließlich nebeneinander anzuordnen. Der an der Hochspannungsleiterplatte vorhandene Bauraum, insbesondere das vorhandene Volumen, kann optimiert und insbesondere platzsparend, effizient genutzt werden. Insbesondere kann der Niedervoltbereich flexibler an der Hochspannungsleiterplatte angeordnet und hinsichtlich des Leitungswegs optimiert werden. Die Integrationsfähigkeit der vorhandenen Bauräume ist verbessert. Insbesondere erstreckt sich der Hochvoltbereich lediglich über einen Teil der Stromleitungslagen, die insbesondere als Kupferlagen ausgeführt sind. Insbesondere liegen die Kupferlagen des Hochvoltbereichs oberhalb der Kupferlagen des Niedervoltbereichs.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der mehrlagigen Hochspannungsleiterplatte ergeben sich aus den Merkmalen der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche.
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Eine Ausführung des Hochvoltbereichs gemäß Anspruch 2 ermöglicht einerseits ausreichende Stromleitungskapazität im Hochvoltbereich. Der Hochvoltbereich weist eine erforderliche Mindestdicke auf. Zudem ist die Dicke des Hochvoltbereichs kleiner als die Gesamtdicke der Hochspannungsleiterplatte, so dass sich eine daraus ergebende Dickendifferenz groß genug ist, um sowohl die Basisisolationsschicht als auch den Niedervoltbereich unterhalb des Hochvoltbereichs anzuordnen. Die Isolationslage umfasst insbesondere ein Dielektrikum. Die Stromleitungslagen sind insbesondere Kupferlagen.
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Eine freiliegende Hochvoltbereich-Oberfläche gemäß Anspruch 3 ermöglicht eine vorteilhafte Anordnung von Bauteilen am Hochvoltbereich. Insbesondere können sämtliche Bauteile, die zum Betrieb von Leistungsschaltern erforderlich sind, vorteilhaft angeordnet und bestückt werden.
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Die Anordnung von Bauteilen und/oder Leitungen an der Hochvoltbereich-Oberfläche gemäß Anspruch 4 ist unkompliziert.
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Eine Basisisolationsschicht gemäß Anspruch 5 gewährleistet eine ausreichende Mindestdicke. Die Isolation zwischen dem Hochvoltbereich und dem Niedervoltbereich ist zuverlässig gewährleistet. Die Basisisolationsschicht ist in Form einer Isolationshülle ausgeführt, die den Hochvoltbereich vollständig an der Hochvoltbereich-Grenzfläche einhüllt. Dadurch, dass die Dicke der Basisisolationsschicht entsprechend gewählt ist, ist ein homogener Übergang von dem Niedervoltbereich über die die Basisisolationsschicht in den Hochvoltbereich in einer Ebene senkrecht zur Dickenrichtung der Hochspannungsleiterplatte möglich, insbesondere ist ein Dickenversatz der Hochvoltstromleiterplatte nicht gegeben und auch nicht erforderlich. Es ist auch denkbar, dass die Dicke der Basisisolationsschicht einem Abstand von mehreren Kupferlagen entsprechen kann.
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Eine Basisisolationsschicht gemäß Anspruch 6 ist unkompliziert herstellbar. Die Isolationsschicht kann insbesondere aus dem Trägermaterial der Hochspannungsleiterplatte hergestellt sein. Das Trägermaterial ist beispielsweise Epoxidharz, das insbesondere glasfaserverstärkt ist.
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Eine Anordnung der Basisisolationsschicht gemäß Anspruch 7 ermöglicht eine in bezüglich der Dickenrichtung symmetrisch ausgeführte Hochspannungsleiterplatte.
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Eine quaderförmige Ausführung des Hochvoltbereichs gemäß Anspruch 8 ermöglicht eine robuste Hochspannungsleiterplattengestaltung.
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Eine Ausgestaltung des Niedervoltbereichs gemäß Anspruch 9 ermöglicht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Hochspannungsleiterplatte. Insbesondere ist der Niedervoltbereich eine Vereinigungsmenge aller Bereiche der Hochspannungsleiterplatte, die nicht unmittelbar dem Hochvoltbereich oder der Basisisolationsschicht zuzuordnen sind. Insbesondere kann sich der Niedervoltbereich, zumindest bereichsweise, über die Gesamtdicke der Hochspannungsleiterplatte erstrecken.
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Eine freiliegende Niedervoltbereich-Oberfläche gemäß Anspruch 10 ermöglicht eine unkomplizierte Zugänglichkeit des Niedervoltbereichs.
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Bauteile gemäß Anspruch 11 können unkompliziert an der Niedervoltbereich-Oberfläche angebracht werden. Insbesondere kann die Niedervoltbereich-Oberfläche an einer Oberseite der Hochspannungsleiterplatte und/oder an einer Unterseite der Hochspannungsleiterplatte angeordnet sein. Es ist also denkbar, dass die Hochspannungsleiterplatte an der Oberseite und/oder an der Unterseite mit Steuerbauteilen bestückt ist.
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Eine Stromleitungslage gemäß Anspruch 12 ermöglicht eine unmittelbare Zuordnung zu einem Niedervolt-Bezugspotential.
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Mindestens zwei Stromleitungslagen gemäß Anspruch 13 gewährleisten einen ausreichenden Stromfluss im Niedervoltbereich.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:
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1 eine schematische, perspektivische Teilschnittansicht einer mehrlagigen Hochspannungsleiterplatte gemäß der Erfindung.
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Eine in 1 gezeigte mehrlagige Hochspannungsleiterplatte 1 ist mehrlagig ausgeführt. Die Hochspannungsleiterplatte 1 umfasst mehrere Stromleitungslagen 2, die entlang einer Dickenrichtung 3 der Hochspannungsleiterplatte 1 übereinander angeordnet sind. Zwischen zwei Stromleitungslagen 2 ist jeweils eine Isolationslage 4 angeordnet. Die Stromleitungslagen und die Isolationslagen 4 sind in 1 nur vereinzelt angedeutet. Insbesondere sind nicht alle Stromleitungslagen 2 und Isolationslagen 4 der Hochspannungsleiterplatte 1 aus darstellerischen Gründen eingezeichnet. Die Stromleitungslagen 2 sind jeweils als Kupferlagen ausgeführt. Die Isolationslagen 4 sind beispielsweise in Form eines Dielektrikums ausgeführt.
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Die Hochspannungsleiterplatte 1 weist einen Hochvoltbereich 5 auf, der insbesondere als Leistungskreis ausgeführt ist. Der Hochvoltbereich ermöglicht eine Spannungsbelastung zwischen 48 V und bis zu 500 V. Der Leistungskreis weist beispielsweise Treiber, insbesondere Leistungs-Halbleiter und/oder Motoren auf, die über den Hochvoltbereich-Strom versorgt werden. Aus darstellerischen Gründen sind die Bauteile des Hochvoltbereichs 5 nicht dargestellt. Die Bauteile und alle elektrischen Leitungen, die jeweils zum Betrieb der Leistungsschalter benötigt werden, sind an einer freiliegenden Hochvoltbereich-Oberfläche 6 angeordnet. Die freiliegende Hochvoltbereich-Oberfläche 6 ist unmittelbar von außen unmittelbar zugänglich. Die Bestückung des Hochvoltbereichs 5 mit den Bauteilen an der Hochvoltbereich-Oberfläche 6 ist unkompliziert und insbesondere automatisiert möglich.
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Der Hochvoltbereich 5 weist zwei Stromleitungslagen 2 auf und eine dazwischenliegende Isolationslage 4. Die obere Stromleitungslage 2 weist die Hochvoltbereich-Oberfläche 6 auf. Die obere Stromleitungslage 2 ist freiliegend im Hochvoltbereich 5 angeordnet.
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Der Hochvoltbereich 5 weist eine Dicke dHV auf, die kleiner ist als eine Gesamtdicke dges der Hochspannungsleiterplatte 1. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel gilt dHV ungefähr gleich 0,35 × dges. Wesentlich ist, dass dHV < dges und insbesondere dHV ≤ 0,8 × dges, insbesondere dHV ≤ 0,7 × dges, insbesondere dHV ≤ 0,6 × dges, insbesondere dHV ≤ 0,5 × dges, insbesondere dHV ≤ 0,4 × dges.
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In einer Längenrichtung 7, die parallel zur Schnittebene gemäß der 1 angeordnet ist, weist der Hochvoltbereich 5 eine Länge LHV auf, die etwa der Hälfte der Gesamtlänge Lges der Hochspannungsleiterplatte 1 entspricht.
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Der Hochvoltbereich 5 ist im Wesentlichen quaderförmig ausgeführt.
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Die Schnittebene gemäß 1 wird durch die Dickenrichtung 3 und die dazu senkrecht orientierte Längenrichtung 7 aufgespannt.
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Die Hochspannungsleiterplatte 1 weist ferner einen Niedervoltbereich 8 auf. Der Niedervoltbereich 8 ist insbesondere als Steuerkreis ausgeführt. Der Niedervoltbereich 8 umfasst beispielsweise Sensorikelemente und dient zur Messung und/oder zur Signalverarbeitung. Die hierfür erforderliche Spannungsbelastung liegt typischerweise bei 12 V.
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Der Niedervoltbereich 8 weist eine freiliegende Niedervoltbereich-Oberfläche 9 auf. In einem zentralen Bereich der Hochspannungsleiterplatte 1, in dem der Hochvoltbereich 5 angeordnet ist, ist der Niedervoltbereich 8 unterhalb des Hochvoltbereichs 5 angeordnet. In diesem zentralen Bereich der Hochspannungsleiterplatte 1 sind der Hochvoltbereich 5 und der Niedervoltbereich 8 übereinander angeordnet. In diesem zentralen Bereich weist der Niedervoltbereich 8 eine Dicke dNV auf, die kleiner ist als die Gesamtdicke dges der Hochspannungsleiterplatte 1. Insbesondere gilt: dNV < dges, insbesondere dNV ≤ 0,8 × dges, insbesondere dNV ≤ 0,7 × dges, insbesondere dNV ≤ 0,6 × dges, insbesondere dNV ≤ 0,5 × dges, insbesondere dNV ≤ 0,4 × dges. In außenliegenden Randbereichen weist der Niedervoltbereich 8 eine Dicke auf, die der Gesamtdicke dges der Hochspannungsleiterplatte 1 entspricht. In den außenliegenden Randbereichen ist kein Hochvoltbereich 5 vorgesehen. Die außenliegenden Randbereiche bestehen ausschließlich aus dem Niedervoltbereich 8.
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Der Niedervoltbereich 8 bildet eine rahmenförmige Einfassung mit einer zentralen Ausnehmung für den Hochvoltbereich 5.
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An der Niedervoltbereich-Oberfläche 9 können Steuerbauteile und insbesondere sämtliche zum Betrieb der Leistungsschalter erforderlichen Leitungen angeordnet sein. Die Bauteile und/oder Leitungen können an der in 1 sichtbaren Niedervoltbereich-Oberfläche 9 angeordnet sein. Die Bauteile und/oder Leitungen können zusätzlich oder alternativ auch an einer der Niedervoltbereich-Oberfläche 9 gegenüberliegenden Oberfläche an der Hochspannungsleiterplatte 1 angeordnet sein. Die Hochspannungsleiterplatte 1 kann beidseitig mit Bauteilen und/oder Leitungen bestückt sein. Die Hochspannungsleiterplatte 1 ermöglicht eine hohe Bauteildichte. Die Niedervoltbereich-Oberfläche 9 ist gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Oberseite, die entsprechend gegenüberliegende Oberfläche ist eine Unterseite. Die Unterseite ist in 1 nicht sichtbar.
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Die Dicke dNV des Niedervoltbereichs 8 ist derart gewählt, dass sie mindestens zwei Kupferlagen sowie eine in Form eines Dielektrikums ausgeführte Isolationslage aufweisen kann.
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Es ist denkbar, dass mindestens eine der Kupferlagen des Niedervoltbereichs 9 ausschließlich einem Niedervolt-Bezugspotential zugeordnet ist.
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Entlang der Längenrichtung 7 weist der Niedervoltbereich 8 in den außenliegenden Randbereichen jeweils eine Länge LNV auf, die jeweils etwa 15% der Gesamtlänge Lges der Hochspannungsleiterplatte 1 entspricht.
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Zwischen dem Hochvoltbereich 5 und dem Niedervoltbereich 8 ist eine Basisisolationsschicht 10 angeordnet. Die Basisisolationsschicht 10 ermöglicht eine Isolierung des Niedervoltbereichs 8 gegenüber dem Hochvoltbereich 5, insbesondere als Basisisolation in Dickenrichtung 3. In dem zentralen Bereich, in dem der Hochvoltbereich 5 oberhalb des Niedervoltbereichs 8 angeordnet ist, ist die Basisisolationsschicht 10 dazwischenliegend angeordnet. In diesem zentralen Bereich ist die Basisisolationsschicht 10 als flächige Schicht ausgeführt, die im Wesentlichen senkrecht und insbesondere exakt senkrecht zur Dickenrichtung der Hochspannungsleiterplatte 1 orientiert ist. Die Basisisolationsschicht 10 weist eine Dicke dBI auf, die etwa 0,3 × dges beträgt. Wesentlich ist, dass die Dicke dBI kleiner ist als die Gesamtdicke dges, wobei insbesondere gilt, dBI ≤ 0,6 × dges, insbesondere dBI ≤ 0,5 × dges, insbesondere dBI ≤ 0,4 × dges, insbesondere dBI ≤ 0,3 × dges, insbesondere dBI ≤ 0,25 × dges.
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Die Basisisolationsschicht 10 ist aus dem Trägermaterial der Leiterplatte 1 hergestellt und ist insbesondere als glasfaserverstärktes Epoxidharz ausgeführt.
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Die Basisisolationsschicht 10 ist, insbesondere in dem zentralen Bereich, in dem auch der Hochvoltbereich 5 angeordnet ist, symmetrisch bezüglich einer Mittenebene 11 angeordnet. Die Mittenebene 11 der Hochspannungsleiterplatte 1 ist entlang der Dickenrichtung 3 mittig an der Hochspannungsleiterplatte 1 festgelegt.
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Die Dicke dBI der Basisisolationsschicht 10 ist derart gewählt, dass sie der Dicke von mindestens zwei Stromleitungslagen 2 und einer dazwischen angeordneten Isolationslage 4 entspricht.
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Die Basisisolationsschicht 10 weist eine Länge LBI auf, die im Wesentlichen der Dicke dBI der Basisisolationsschicht 10 entspricht. Die Basisisolationsschicht 10 ist im Wesentlichen als Isolationshülle mit im Wesentlichen gleich bleibender Dicke sowohl entlang der Dickenrichtung 3, als auch entlang der Längenrichtung 7, ausgeführt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hochspannungsleiterplatte
- 2
- Stromleitungslage
- 3
- Dickenrichtung
- 4
- Isolationslage
- 5
- Hochvoltbereich
- 6
- Hochvoltbereich-Oberfläche
- 7
- Längenrichtung
- 8
- Niedervoltbereich
- 9
- Niedervoltbereich-Oberfläche
- 10
- Basisisolationsschicht
- 11
- Mittenebene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013226513 A1 [0002]
