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Siemens entwickelt magnetische Keramikfolien, um Schaltungen der Leistungselektronik etwa für die Beleuchtung zu verklei­nern und wesentlich einfacher fertigen zu können. Eine solche Elektronik passt Spannung, Stromstärke oder Frequenz an den Verbraucher an – zum Beispiel eine Lampe. Um Platz zu sparen, werden möglichst viele Bauteile wie Widerstände oder Spulen in die einzelnen Lagen von keramischen Leiterplatten integriert und damit metallische Flächen oder Leitungen erzeugt.  Allerdings ließen sich bisher magnetische Kerne, beispielsweise für Trans­formatoren, nur schwer in Keramik einbetten. Die neue Folie löst dieses Problem und reduziert dadurch den Platzbedarf z.B. in Autoscheinwerfern mit Entladungslampen. Dort liefern bisher Vorschaltgeräte die nötige Hochspannung für die Lichterzeugung. Diese könnten in Zukunft direkt in die Lampe integriert werden.
Transformatoren verändern Strom und Spannung von Wechselstrom. Sie bestehen aus einem geschlossenen Magnetkern mit zwei Wicklungen. Integriert man das Bauteil in eine Platine, realisiert man die Wicklungen in zwei Lagen der Leiterplatte und setzt den Magnetkern in eine gebohrte Öffnung ein. In keramischen Leiterplatten ist dies sehr aufwändig und teuer, weil Magnet und Keramik sich bei Erwärmung unterschiedlich ausdehnen und deshalb getrennte Sinter- oder Brennvorgänge nötig sind.  Die Siemens-Forscher haben eine magnetische Keramikfolie entwickelt. Sie wird über der Transformatorwicklung zwischen die einzelnen Lagen der Platine gelegt und übernimmt die Funktion des Magnetkerns. Die Ferritfolie ist einige zehntel Millimeter dünn und so gestaltet, dass sie in einem Prozessschritt mit der Keramikplatine bei unter 900 Grad Celsius gebrannt werden kann. Ein auf diese Weise eingebetteter Transformator mit einer Baugröße von etwa 1,5 bis 2 Zentimeter Kantenlänge und 1,5 Millimeter Höhe überträgt eine Leistung von 120 Watt bei einer Frequenz von 2,5 Megahertz.

Die neue Technologie der flachen Hochfrequenz-Transforma­toren ist auf Anwendungen mit wenig Platz und hohen Umgebungstemperaturen ausgerichtet. Neben Beleuchtungs- und Industrieanwendungen lässt sich damit auch die gleichzeitige induktive Übertragung von Energie sowie Sensor- und Steuersignalen zwischen ansonsten inkompatiblen Platinen-Technologien der Leistungs- und Steuerelektronik lösen. Davon profitiert zum Beispiel die Schnellladeeinrichtung für Elektroautos, bei der etwa 100 Ampere fließen und zudem Kommunikationseinheiten zwischen Ladesäule und Batterie versorgt werden müssen. Die Entwicklungen werden vom Bundesforschungsministerium gefördert.

Dr. Norbert Aschenbrenner
Corporate Communications, Corporate Technology
Siemens AG


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