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OptoelektronikBilder: HäusermannMit HSMtec lassen sich intelligente sensorbasierte Lichtsteuerungen undHigh-Brightness-LEDs auf nur einem gemeinsamen Multilayer-Boardrealisieren.Vergleich einer herkömmlichen Zweiplatinenlösung mit Häusermanns FR4/Kupfer-Kombination.Bei mehrdimensionalen Anwendungen ermöglicht HSMtec durch großeKupferquerschnitte auch große Wärmemengen und/oder hohe Ströme überden Biegebereich abzuführen.Der HSMtec-Demonstrator zeigt, dass die Platinentechnik ungeahnteMöglichkeiten in der Lichtführung und im Produktdesign eröffnet.Ein Blick auf die spezifische Wärmeleitfähigkeit zeigt die Bedeutungdes durchgängig metallischen Pfades von der Quelle bis zurSenke und das Leistungspotenzial von HSMtec. Kupfer leitet Wärme1000-fach besser als FR4. Durch die intelligente Kombinationvon integrierten Kupferprofilen mit modernen Leiterplattentechnologienwie Micro- und Thermovias ist es möglich, eine direktemetallische Ankontaktierung der Lötflächen (Bauteile, Kühlkörper)an die Profile zu realisieren, wodurch sich Engpässe im thermischenPfad vermeiden lassen. Ein wärmetechnisch optimierterLagenaufbau sorgt zusätzlich für rasche Wärmespreizung und unterstütztsomit das gesamte thermische Konzept. Im Fall von sehrkleinen LED-Gehäusen sorgen gefüllte Microvias für eine direktemetallische Verbindung zu wärmeleitenden Kupferelementen, derenAnbringung ca. 60 μm unterhalb der Deckschicht der Leiterplattemöglich ist. Im Vergleich zu Thermal Vias, die beispielsweisedirekt unter Heatpads gesetzt werden, ist das Löten gefüllter Microviasproblemlos möglich.Die in Profil- oder Drahtform integrierten Kupferelementestemmen Ströme von bis zu 500 Ampere. Dies stellt eine sinnvolleAlternative zu bisherigen Platinenlösungen dar, welche vollflächigebis zu 500 µm dicke Kupferlagen vorsehen oder kostenintensiveIMS-Lösungen (Insulated Metal Substrate), die anstelle des üblichenBasismaterials meist massive Aluminiumkerne als Wärmeträgereinsetzen. Darüber hinaus ermöglicht HSMtec die Konstruktionvon selbsttragenden mehrdimensionalen Leiterplatten.Kerbfräsungen an den Sollbiegestellen sorgen dafür, dass einzelneSegmente durch beliebige Einstellung des Neigungswinkels in diegewünschte Ausrichtung gebracht werden können.LED und Steuerungselektronik auf einer PlatineLEDs erlauben eine gezielte Steuerung der Leuchtintensität undder Lichtfarbe, ohne relevante Einbußen an Lebensdauer oder Zuverlässigkeit.Der LED-Treiber lässt sich durch eine Vielzahl unterschiedlicherSensoren und eine intelligente Steuerung ansteuern.Oftmals erscheint eine Kombination von Steuerungselektronikund LEDs auf einer Leiterplatte aus wirtschaftlichen Gründen alsnicht sinnvoll, da die Kosten typischer Metallkern-Leiterplattenbeim Bedarf an mehreren Lagen deutlich steigen. FR4-Leiterplattenerlauben zwar komplexe elektrische Verbindungen, bieten jedochoftmals keine ausreichende thermische Performance. DieVerwendung hochentwickelter Leiterplatten auf FR4- und Kupferbasismit partiell eingebetteten Kupferteilen erlaubt es, ein hochleistungsfähigesWärmemanagement in Kombination mit komplexerSteuerungselektronik sowie Sensoren auf der gleichen Leiterplattemiteinander zu kombinieren. Für FR4-Leiterplatten ist diesohne größeren Mehraufwand oder zusätzliche Kosten möglich.Denn mit HSMtec lassen sich feinste Strukturen, die für die Steuerelektroniknotwendig sind, einfach auf der gleichen Lage wie die500 µm hohen Kupferelemente realisieren.Hierzu sind keine zusätzlichen Softwaretools für das Design nötig.Die Standard-Layoutdaten für die Leiterplatte werden lediglichan Häusermann gesandt. Das HSMtec-Team unterstützt mit Designvorschlägen,Layoutberatung oder Layouterstellung für Leiterplattenmit Hochstrom- und Entwärmungsanforderungen. Anhandeiner großen Zahl von empirischen Untersuchungen konnteHäusermann sein Know-how in den Bereichen thermisches Managementund Hochstrom auf der Leiterplatte erweitern: Die darausgewonnenen Erkenntnisse ermöglichen es, Kunden unkompliziertund aktiv bei der thermischen Dimensionierung und demDesign der Leiterplatte und Baugruppe zu unterstützen.Verbundprojekt LEDagonMit der Entwicklung des gemeinsamen Vorzeige-Projektes LEDagonist es den Unternehmen Arrow Electronics, Cree, Häusermann62 elektronik industrie 04/2012www.elektronik-industrie.de