Leiterplatten-Stromschienen für Hochstromanwendungen im Leistungsdesign

Steigende Leistungsdichten in Industrieanwendungen wie KI-Rechenzentren, Elektromobilität, Batteriespeichern und Antriebstechnik fordern Leiterplatten mit kontinuierlich hoher Stromtragfähigkeit. Bislang erforderten diese Lasten meist vollflächige Dickkupferleiterplatten oder komplexe Kupferinlays, was Materialkosten treibt und die Fertigerflexibilität einschränkt.

Um diesen Zielkonflikt zwischen Bauraum, Thermik und Wirtschaftlichkeit zu lösen, bietet Würth Elektronik ICS mit der PowerBusbar PF eine vertikal montierte Stromschiene. Das Bauteil konzentriert den erforderlichen Kupferquerschnitt gezielt auf stromkritische Pfade und macht kostengünstige FR4-Standardleiterplatten für Hochstromanwendungen nutzbar.

Funktionsprinzip und elektromechanischer Aufbau
Die Stromschiene nutzt konsequent die dritte Dimension des Bauraums. Statt breite Leiterbahnen auf horizontalen Lagen zu führen, wird der massive Kupferleiter senkrecht auf der Baugruppe positioniert. Die Verbindung mit der Trägerplatine erfolgt über massive Einpresstechnik (Press-Fit). Im Gegensatz zu thermischen Lötverfahren erzeugt der mechanische Einpressvorgang eine dauerhaft gasdichte, vibrationssichere Kaltverschweißung in den metallisierten Durchkontaktierungen, ohne die umliegenden elektronischen Bauelemente thermischem Stress auszusetzen.

Das modulare Syste umfasst vier standardisierte Längen von 19 mm, 29 mm, 39 mm und 59 mm bei einer einheitlichen Bauhöhe von 18,4 mm und einer Materialstärke von 1,2 mm. Durch Aneinanderreihung der Standardelemente lassen sich individuelle Leiterbahngeometrien modular konfigurieren. Neben der Funktion als klassischer Strompfad lässt sich das Element als Hochstrombrücke einsetzen. Dadurch können Entwickler andere Leiterbahnen auf der Schaltungsebene überspringen, ohne zusätzliche Schaltungslagen im Lagenaufbau vorsehen zu müssen.

Thermische Entlastung und Kühlkörperfunktion
Neben der Erhöhung der Stromtragfähigkeit fungiert das vertikale Kupferprofil als integrierter Konvektionskühlkörper. Durch die exponierte Bauform im Raum vergrößert sich die wirksame Oberfläche zur Wärmeabgabe an die Umgebungsluft erheblich. Lokale Hotspots, wie sie an Verengungen oder Anschlusszonen von Hochstrompfaden auftreten, werden durch die hohe thermische Leitfähigkeit des Kupfers effektiv abgebaut. In messtechnischen Untersuchungen bei einer Umgebungstemperatur von 40 °C und einer Strombelastung von 185 A belegt der Hersteller eine Reduzierung der Übertemperatur um bis zu 53,5 Kelvin gegenüber einer reinen Leiterbahnführung.

Fertigungsintegration und Prüfungen
Die mechanische Verankerung über Press-Fit-Kontakte gestattet eine automatisierte Bestückung im industriellen Fertigungsablauf. Die Stromschienen werden nach den Vorgaben der IPC-A-600 für durchkontaktierte Bohrungen verarbeitet. Die mechanische Robustheit wurde in Schock- und Vibrationsprüfungen nach den Normen IEC 60068-2-64 (Breitbandrauschen) und IEC 60068-2-27 (Einzelschock) nachgewiesen, womit die Komponenten die typischen Anforderungen automobiler und mobiler Industrieanwendungen erfüllen.

Die Produktfamilie wird auf der Fachmesse electronica 2026 vom 10. bis 13. November in München auf dem Messestand des Unternehmens (Halle A3, Stand 334) vorgestellt.

Zusätzlicher Kontext:
Dieser Abschnitt beschreibt technische Spezifikationen und vergleichende Benchmark-Kriterien, die nicht in der ursprünglichen Produktankündigung enthalten sind.

Im Bereich der Hochstromführung auf Leiterplatten konkurrieren mechanische Aufbautechnologien primär mit vollflächigen Dickkupferleiterplatten (Kupferauflagen ab 105 µm bis 400 µm) und partiellen Kupferinlay-Verfahren (Coin-Technologie). Dickkupfer-Mehrlagenleiterplatten erfordern durch das hohe Kupfervolumen breite Isolationsabstände im Ätzprozess, was die Entflechtung hochintegrierter Steuerungsschaltungen auf demselben Substrat erschwert. Zudem führt ein durchgehend dicker Lagenaufbau zu erhöhtem Platinengewicht und signifikant höheren Basismaterialkosten.

Partiell verpresste Inlays bieten zwar eine fokussierte Stromführung, verlangen jedoch komplexe Fräs- und Laminierprozesse bei spezialisierten Leiterplattenherstellern. Vertikale Einpress-Stromschienen verlagern das notwendige Leitervolumen aus der Leiterplattenfertigung in den Bestückungsprozess. Dadurch können Standard-FR4-Substrate mit typischen Kupferstärken von 35 µm bis 70 µm verwendet werden. Dies vereinfacht das Routing von Logiksignalen und erlaubt den Einkauf bei Standardlieferanten. Demgegenüber steht ein zusätzlicher mechanischer Einpressschritt sowie der vertikale Bauraumbedarf von 13,6 mm über der Baugruppenoberkante, der bei flachen Gehäusekonstruktionen konstruktiv berücksichtigt werden muss.

Hinsichtlich der Verbindungsgüte weisen massive Einpresszonen Übergangswiderstände im niedrigen Mikroohmbereich auf, die den Kontaktwiderständen gelöteter Hochstromanschlüsse ebenbürtig sind, dabei aber unempfindlich gegenüber thermischer Ermüdung von Lötstellen unter zyklischer Strombelastung bleiben.

Edited by Sucithra Mani, Induportals editor – adapted by AI.

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