Leistungselektronik basierend auf SiC und GaN erobert zunehmend den Markt. Zwar sind diese Bauteile in der Produktion noch recht teuer, lohnen sich aber in vielen Anwendungen dennoch. SiC und GaN Transistoren schalten extrem schnell (geringere ohmsche Verluste), können bei höheren Spannungen betrieben werden und ihr Arbeitspunkt ist weniger temperaturabhängig. Dadurch können Schaltnetzteile, Frequenzumrichter und andere leistungselektronische Baugruppen sehr kompakt gebaut werden.
Doch was dank hoch spannungsfester Isolationen auf Ebene des Kristallchips im Transistorgehäuse möglich ist, führt auf Ebene der Platine und Verdrahtung schnell zu Problemen. Bereits die Umgebungsluft als relativ schlechter Isolator erfordert erheblich größere Abstände von spannungsführenden Leiterbahnen zueinander. Weitere Einflüsse sind alterungsbedingte Versprödung (Wärme), elektrochemische Migration, Kriechwegbildung und Verschmutzungen.
Neben diesen chemisch-physikalischen Einflußgrößen kommt bei heutigen Anwendungen eine weitere Größe hinzu: die neuen elektronischen Leitungsschalter erlauben deutlich höhere Spannungsniveaus.
Leistung ist das Produkt aus Spannung und Strom. Für den Strom braucht man Stromleiter und die sind schwer und kostenintensiv. Deswegen werden in vielen Anwendungen zunehmend höhere Spannungen eingesetzt. Bekanntestes Beispiel dafür: die Elektromobilität.
Inzwischen zeichnet sich deutlich ab, dass grüner Wasserstoff noch lange viel zu teuer ist für Anwendungen im Wärmebereich (Heizung) oder dem Verkehr (Brennstoffzelle). Eine Folge davon ist, dass nach heutigem Erkenntnisstand die Wärmepumpe mittelfristig die Heizung der Wahl bleiben wird, will man sich von fossilen Brennstoffen verabschieden. Eine weitere Folge ist, dass Batterien in Zukunft eine wesentliche Rolle spielen werden. Ihre Aufgabe, Energie zu speichern und wieder abzugeben erfordert bei steigender Leistung ein immer höheres Spannungsniveau.
Kriechstrecken unter dem Gesichtspunkt steigender Spannungsniveaus
In einer „normalen“ Büro- oder Haushaltsumgebung geht man von einem Verschmutzungsgrad 2 aus (trockene Umgebung, trockener Oberflächenbelag mit gelegentlicher Befeuchtung durch Kondensation). Viele der häufig eingesetzten Isolationswerkstoffe gehören der Materialgruppe II an. Dazu gehören u.a. Polyesterfolie oder zahlreiche Polyamide.
Unter diesen Voraussetzungen ist bei den haushaltsüblichen 230 VAC eine Minimaldistanz von 1,8 mm zwischen zwei elektrischen Leitern über die Oberfläche eines Isolators einzuhalten.
In der Elektromobilität wird bei Fahrzeugen mit besonders hohen Leistungsanforderungen (Sportwagen oder LKW) eine Spannung von 900 VDC eingesetzt. Bei diesem Spannungsniveau sind bereits 7,1 mm „Creepage Distance“ erforderlich. Bei dem derzeitigen Ende der Isolationskoordination für Niederspannungsanwendung (1.500 VDC) sind es sogar 11 mm.
| Betriebsspannung | Abstand Kriechstrecke |
| 250 VAV | 1,8 mm |
| 1000 VAC | 7,1 mm |
| 1600 VAC | 11,0 mm |
Quelle: IEC 60664-1, Table F.5
Den Vorteilen von SiC- und GaN-Transistoren, immer kompakter bauen zu können, stehen also immer größere Mindestabstände gegenüber. Und die führen zu größeren Baugruppen und aufwändigeren Konstruktionen.
Mehr als halbieren lässt sich nach Tabelle F.5 in der IEC 60664-1 der erforderliche Abstand durch die Eingruppierung in Verschmutzungsgrad 1. Allerdings muß man bei dieser Eingruppierung sicherstellen, dass es zu keiner Kondensation kommt und nur nicht elektrisch leitende Verschmutzung auftreten kann. Es gibt verschiedene Verfahren, wie man diese Bedingungen erreicht: eine „luft- und feuchtigkeitsdichte“ Kapselung, ein Vollverguss und „Conformal Coatings“.
Jeder Entwickler und Hersteller muß selbst entscheiden, welcher Weg für seine Anwendung der geeignete ist: die Maßnahmen für Pollution Degree 1 kosten alle Geld und erhöhen den Fertigungsaufwand sowie in vielen Fällen das Gewicht (Vollverguß). Dafür sind kompaktere Bauformen möglich verglichen mit Designs auf Basis von Verschmutzungsgrad 2.
Wer seine Konstruktion extrem ausreizen muß, wird zudem auch noch an anderen Stellschrauben wie z.B. der Materialklasse schrauben sowie sich konstruktiv mehr Gedanken machen, wie man Abstand schafft zwischen den Spannungspotentialen, ohne mehr Platz insgesamt zu benötigen.