Magnetic Inlays: Mini-Elektromagnete für drahtloses Laden

Im Rahmen eines EU-Forschungsprojekts entwickelt AT&S die nächste Generation von miniaturisierten Induktoren, die in mehrschichtige Leiterplatten integriert werden können. Damit lassen sich etwa kleinste Spannungswandler oder ultradünne, drahtlose Ladevorrichtungen implementieren, die im Vergleich zur aktuell verfügbaren Technologie einige Vorteile aufweisen.

Markus Keßler

Wer ein Elektroauto mit Strom versorgen oder sein Handy drahtlos aufladen möchte, ist auf Elektromagnete angewiesen, die aus einem Kern aus einem ferromagnetischen Material und einer darum gewickelten Spule bestehen. Solche magnetischen Komponenten sind in der Elektro- und Elektronikindustrie allgegenwärtig und die Grundlage für den technischen Fortschritt in vielen Bereichen. Deshalb hat die Europäische Union im Rahmen ihrer IPCEI-Initiative (Important Projects of Common European Interest, Anm.) im Bereich Mikroelektronik die Erforschung der nächsten Generation solcher Bauteile zur Priorität erklärt.

Gemeinsam mit über 30 Partnern aus Industrie und Forschung ist auch AT&S an dem Projekt beteiligt. Der steirische Hightechkonzern nutzt seine Erfahrung und Produktionskapazitäten in der Herstellung hochkomplexer Leiterplatten, um kleine Elektromagnete zu realisieren, die wiederum die Basis für integrierte Bauteile wie Induktoren oder Transformatoren sind. Erste Prototypen, etwa ein drahtloses Ladegerät für Mobiltelefone, dessen Leiterplatte nur einen Millimeter dick ist, werden von den AT&S-Technikern bereits auf Messen demonstriert.

Mikrobohrungen sind zuverlässig

“Die magnetischen Bauteile, die heute Stand der Technik sind, werden oft in Niedriglohnländern per Hand gewickelt. Mit unserem Knowhow aus der Leiterplattenherstellung können wir nicht nur dünnere Komponenten fertigen, sondern die Zuverlässigkeit auch deutlich verbessern”, sagt Gerald Weidinger, der die Entwicklung bei AT&S leitet. Statt einen tatsächlichen Draht um einen Eisenkern zu wickeln, werden die Windungen mit feinsten Bohrungen um einen winzigen Ring aus speziellen magnetischen Materialien, der in Leiterplattenmaterial eingebettet wurde, realisiert.

“Wir bohren innerhalb und außerhalb des Rings durch den Kern der Platine, die Bohrungen werden dann mit Kupfer beschichtet und über Leiterzüge unter- und oberhalb des Magnetrings verbunden. Dadurch entsteht ein eingebetteter Elektromagnet”, sagt Weidinger. Mit dieser Technologie lassen sich tausende derartige Elemente parallel auf einem einzigen Panel herstellen. Das ermöglicht auch eine automatisierte Qualitätskontrolle, die zur überlegenen Zuverlässigkeit der Magnetelemente beiträgt.

Klein, aber fein

AT&S arbeitet derzeit daran, die Technik für Kunden zu perfektionieren. Ein großes Anwendungsfeld ist der Automobil-Bereich, erklärt Weidinger: In einem Fahrzeug muss die Spannung der 48-Volt-Batterie für unterschiedliche Verwendung umgewandelt werden – für die Unterhaltungselektronik und andere elektrische Systeme an an Bord etwa zu 12, 5 oder 3,3 Volt.

Durch eine Erweiterung der möglichen Leistungsbereiche sollen zusätzliche Anwendungen erschlossen werden. Neben effizienteren Schaltungen für die Spannungsversorgung und kleineren drahtlosen Ladegeräten wird die Technologie auch ausgeweitet, um winzige Elektromagnete in anderen Formen als den oben beschriebenen Torroiden herzustellen. Magnetische Lagen im Inneren einer Leiterplatte können außerdem genutzt werden, um empfindliche elektronische Schaltungen voneinander abzuschirmen.