Thermal Enhanced Leiterplatten
Optimales Wärmemanagement schützt Elektronik
Moderne elektronische Systeme müssen mit immer weniger Platz auskommen, während die Komplexität gleichzeitig zunimmt. Dadurch können in Schaltungen, in denen viel Wärme generiert wird, Probleme auftreten. Bei AT&S bieten wir für derartige Anwendungen Thermal Enhanced Leiterplatten, die es erlauben, Wärme effizient abzuführen und die elektronischen Schaltungen und Bauteile so vor Überhitzung zu schützen. Wir verfügen über unterschiedliche Möglichkeiten, um Abwärme zu managen, die einzeln oder in Kombination miteinander genutzt werden können.
Produktvorteile im Überblick
- Erlaubt die Integration von Komponenten, die viel Wärme produzieren, direkt auf der Leiterplatte.
- Punktuelle Hitzequellen können optimal gekühlt werden und der Wärmefluss von der Ober- zur Unterseite der Leiterplatte funktioniert effizient.
Selbstfahrende Autos und Beleuchtung
Hohe Wärmebelastung kann zum Beispiel bei Lasersensoren für selbstfahrende Autos, in der Leistungselektronik von E-Autos oder bei Scheinwerfern für diverse Fahrzeuge auftreten. Moderne Beleuchtungskonzepte, die auf LED-Lampen basieren, und Geräte, die über Akkus mit Strom versorgt werden, brauchen ebenfalls elektronische Schaltungen, die Wärme optimal ableiten können.
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.
Noch wird darüber diskutiert, ob es für die Einführung von E-Autos einen staatlich festgelegten Zeitpunkt geben soll. Norwegen zeigt, dass dies wahrscheinlich überflüssig ist: Zuletzt waren bereits über 70 Prozent aller PKW elektrisch angetrieben.
Damit Fahrzeuge in Zukunft möglichst ohne menschliche Eingriffe funktionieren, müssen sie ganz neue Anforderungen erfüllen. Modernste Technologie von AT&S ermöglicht ein hochauflösendes Abtasten der Umgebung und die Verarbeitung und Übermittlung der anfallenden Datenmengen.
Wärmeabfuhr für jede Anwendung
Thermal Vias
Durchkontaktierungen, bei denen die Metallisierung mit Kupfer nicht oder nicht nur zur elektrischen Leitung, sondern vor allem zur Wärmeableitung verwendet wird, sind die Klassiker im Wärmemanagement auf der Leiterplatte. Mit der technologisch anspruchsvollen Erhöhung der Dichte dieser sogenannten Thermal Vias lässt sich das Wärmemanagement von elektronischen Systemen auf Leiterplatten deutlich verbessern. Die Thermal Vias können für „Thermal Enhanced“ Leiterplatten auch mit anderen Technologien, wie zum Beispiel Inlays, kombiniert werden.
Inlays
Bei AT&S verfügen wir über das nötige Know-how, um Kupferteile in Leiterplatten zu integrieren. Diese Metalleinlagen erlauben es, punktuell Wärme aufzunehmen und an der Unterseite einer Leiterplatte wieder abzugeben. Derartige Inlays werden beispielsweise für Autoscheinwerfer, Lasersensoren für selbstfahrende Autos und Ladeelektronik für Elektrofahrzeuge verwendet. Sie erlauben die Integration von Komponenten, die viel Wärme generieren, direkt auf der Leiterplatte, wodurch sich der Platzbedarf von LED-Elementen und anderen Anwendungen nochmals reduzieren lässt. Die Autobauer und andere Hersteller elektronischer Systeme bekommen dadurch mehr Spielraum beim Design ihrer Komponenten.
Insulated Metal Substrates
Eine weitere Möglichkeit mit Hitzeentwicklung umzugehen ist, die gesamte Leiterplatte mit einer Metallbasis zu versehen. Dazu wird ein Basismaterial mit einer Lage aus Aluminium oder Kupfer kombiniert. Diese 1–1,6 Millimeter starke Metalllage nimmt die Wärme auf und gibt sie dann an der Unterseite der Leiterplatte über eine möglichst große Oberfläche an die Umgebung oder einen zusätzlichen Kühlkörper ab.
Das Herzstück dieses Basismaterials ist die elektrisch isolierende Dielektrikumschicht, die unerwünschte elektrische Kontakte zwischen der signalleitenden Schicht und der wärmeabsorbierenden Metallschicht verhindert. Das Dielektrikum weist zudem eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit auf, die durch das Beimischen von unterschiedlichen, meist keramischen Bestandteilen erreicht wird. Solche Systeme kommen bei LED-Beleuchtungssystemen und Leistungselektronik, die etwa das Aufladen von Akkus regeln kann, zum Einsatz.
Technische Daten
| Product Characteristics | Specifications |
|---|---|
| Layer Count | Aluminium: Single sided Copper: Single sided to 5 layers |
| PCB Thickness | Aluminium: 1 or 1.6 mm Copper: 1 mm |
| Thermal Conductivity | 0.4 – 5 W/mK |
| Min. Line | Spacing: 150/150 µm |
| Smallest Drill | 1.50 mm |
| Product Characteristics | Specifications |
|---|---|
| Layer Count | 4 layers and more |
| Thermal Conductivity of Copper Inlay | 360 – 390 W/mK |
| Inlay Thickness | 0.6, 0.8 or 1 mm |
| Inlay Dimensions | min. 10 x 10 mm |
| Spacing between Inlays | min. 6 mm |
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