LED meets SMT Die Leiterplatte als thermisches Interface Die Leiterplatte übernimmt in anspruchsvollen Anwendungen immer stärker die Funktion als thermisches Interface zwischen LED und Kühlkörper. Die richtige thermische Auslegung der Leiterplatte ist damit ein wichtiger Faktor für die erfolgreiche Performance der LED. Ob im Automotive-Bereich, für medizinische Anwendungen, für moderne Beleuchtungssysteme oder Leistungstransistoren: Bei modernen Mikroelektronik-Anwendungen rücken neben geringem Stromverbrauch und hervorragender Lebensdauer flexible Gestaltungsmöglichkeiten und hohe Leistungsfähigkeit immer stärker in den Fokus. Die Leiterplatte übernimmt oft schon eine Rolle, die weit über ihre ursprüngliche Funktion als Träger für elektronische Bauteile hinausgeht. Die heutigen Leiterplattenfunktionalitäten reichen von der optimalen Ableitung von Abwärme über spezifische Reflexionseigenschaften für hohe Lichtausbeute bis hin zu angepassten Leiterplattenstrukturen für bestmögliche Bauraumausnutzung. Optimiertes Thermalmanagement Die optimierte Wärmeableitung wird immer wichtiger. Ob höhere Helligkeit für LED-Anwendungen, kleinere Bauteile und Footprints in diversen Hightech-Bereichen, höhere Bauteildichte oder höhere Leistung: Es führt immer zum gleichen Ergebnis – entweder entsteht mehr Abwärme oder es steht weniger Bauraum auf der Platine zur Verfügung, um die Wärme abzuleiten. Und auch der Ausgangspunkt für eine Lösung dieses Problems ist immer der gleiche: Die physikalischen Eigenschaften einer Leiterplatte zu kennen und zu verstehen. Während das standardmäßig verwendete dielektrische Grundmaterial (zB. FR4) sehr moderate Wärmeleitfähigkeitswerte von ca. 0,3 bis ca. 1 W/mK (je nach Bild 1: Thermal Vias Thermal Vias sind die klassische Methode für das Wärmemanagement von Leiterplatten. Bild 3 und 4: Metallkern-Leiterplatten auf Basis Insulated Metal Substrates (IMS) mit Microvias (ein- und mehrlagig) Mit den zusätzlichen Micovias werden exzellente Wärmeleitfähigkeiten erreicht, allerdings haben sie keine dielektrische Funktion. Bild 2: Metallkern-Leiterplatten auf Basis Insulated Metal Substrates (IMS) Mit einfachen IMS-Lösungen werden gute Wärmeleitfähigkeiten erreicht 20 EPP » 10|2021 |
ANZEIGE Materialtyp) aufweist, hat thermisch optimiertes IMS (Insulated Metal Substrate) bis ca. 5 W/mK. Das eingesetzte Kupfer hingegen hat hohe Wärmeleitfähigkeitswerte von 360 bis 400 W/mK (je nach Legierung), aber keine dielektrische Funktion. Bisher wurden mechanisch gebohrte Thermal Vias (Bild 1) in unterschiedlichsten Varianten und einfache Ausführungsformen der Metallkern-Leiterplatte (Bild 2) auf Basis von Insulated Metal Substrates (IMS) verwendet, die die Anforderungen an die Wärmeabfuhr ausreichend erfüllten. Um größere Wärmemengen effizient abführen zu können, sind immer komplexere Strukturen und Kombinationen bestehender und neuer Technologien erforderlich – ein Trend, der sich in Zukunft weiter verstärkt. Diese höherwertigen Technologien reichen von Metallkern-Leiterplatten auf Basis Insulated Metall Substrates (IMS – ein- und mehrlagig) in Kombination mit thermischen Microvias (Bild 3 & 4) bis hin zu Inlays auf Kupferbasis (Bild 5 & 6), die mit entsprechendem Aufwand im Produktionsprozess ein sehr gutes thermisches Verhalten ermöglichen. Noch bessere Ergebnisse lassen sich durch den Einsatz der innovativen 2.5D®-Technologie erzielen: Definierte Kavitäten in der Leiterplatte (Bild 7) werden genutzt, um elektronische Bauteile „tiefer„ zu positio- nieren und den Abstand für die Wärmeableitung zu reduzieren. Welcher Technologiemix am besten geeignet ist, um die Anforderungen an Miniaturisierung, gesteigerte Funktionalität und Zuverlässigkeit zu erfüllen, ist von Fall zu Fall unterschiedlich. Nur durch frühzeitige Entwicklungspartnerschaften können die Möglichkeiten neuer Leiterplattentechnologien optimal in das Produktdesign und die Entwicklung einfließen. ANSPRECHPARTNER Ferdinand Lutschounig Produktmanager Thermal Conductive PCB Phone: +43 3155 500 5354 Mobile: +43 676 8955 6406 Email: f.lutschounig@ats.net Beruflicher Werdegang Ab 1987 in der Leiterplattenfertigung – Leiter Material- / Prozeß- Engineering – Leiter Qualitätssicherung & Qualitäts- Management Systeme – Leiter Marketing & Vertrieb 2003 – 2014 AT&S Klagenfurt Leiterplatten GmbH – Prokurist/ Produktmanager Ab 2014 ATS & AG – Produktmanager Thermal Conductive PCB FIRMENPROFIL Bild 5 und 6: Inlays auf Kupferbasis Kupferbasierte Inlays bieten sehr gutes thermisches Verhalten und ermöglichen durch μ-Vias strukturierbare Top-Layer-Verbindungen zum Inlay. Foto: AT&S ist ein führender Hersteller hochwertiger Leiterplatten und von IC-Substraten. AT&S industrialisiert zukunftsweisende Technologien für die Kerngeschäfte Mobile Devices & Substrates, Automotive, Industrial und Medical. AT&S verfügt über eine globale Präsenz mit Produktionsstandorten in Österreich (Leoben, Fehring) sowie Werken in Indien (Nanjangud), China (Shanghai, Chongqing) und Korea (Ansan nahe Seoul) und beschäftigt rund 12.000 Mitarbeiter. Fotos: AT & S Bild 7: Leiterplatten mit Kavitäten Diese Leiterplatten ermöglichen geringste Strecken zur Abführung von Wärme AT & S Austria Technologie & Systemtechnik Aktiengesellschaft – First choice for advanced applications Fabriksgasse 13 8700 Leoben, Austria www.ats.net EPP » 10|2021 | 21
Twitter