09 – Heatsink-Leiterplatten

Unter Heatsink-Leiterplatten versteht man Leiterplatten, die in der Lage sind, hohe Oberflächentemperaturen abzuleiten. In der Regel werden diese Temperaturen durch Leistungshalbleiter (Transistoren, Thyristoren, Dioden und LEDs) sowie Widerstände verursacht. Um die entstehende Wärme abzuführen, gibt es folgende Möglichkeiten:
• Einsatz von Wärmeleitpaste
• Höhere Kupferstärken
• Wärmeableitung mittels Metallkern
• Wärmeableitung mittels Wärmeleitblech

09.1 – Wärmeleitpaste (1-Komponentenpaste)

Die Wärmeleitpaste wird ähnlich dem Bestückungsdruck im Siebdruckverfahren aufgebracht. Die Schichtdicke beträgt ca. 100 – 150 µm.

09.2 – Höhere Kupferstärken

Bei Dickkupferleiterplatten wird die Wärme direkt vom Kupfer aufgenommen und abgeführt. Die Kupferstärken liegen hier bei mind. 105 µm, 210 µm oder 400 µm. Nachteil dieser Technik ist, dass Feinleiterstrukturen nur mit hohem Aufwand realisierbar und somit kostenintensiv in der Herstellung sind.

09.3 – Wärmeableitung mittels Metallkern

Bei Metall- und Metallkernleiterplatten wird statt des üblichen Basis- materials ein massives Aluminium- oder Kupferblech eingesetzt.

Aufbau mit Metallkern: siehe Abb. rechts
Auf einen Metallkern wird mittels Prepreg eine Kupferfolie auflaminiert.
Diese Variante wird hauptsächlich in Verbindung mit speziellen SMD-LEDs eingesetzt. Diese LEDs sind extrem hell und erreichen sehr hohe Temperaturen, die durch die Leiterplatte abgeführt werden müssen. Die Wärmeabfuhr mittels Kühlkörper direkt an den Bauteilen ist nicht möglich.

Der Metallkern ist also fester Bestandteil der Leiterplatte. Diese Leiterplatten können auch doppelseitig mit Durchkontaktierung gefertigt werden. Dazu werden auf beiden Seiten Prepregs aufgebracht, deren Harzfluss die Bohrungen isoliert, damit kein Kurzschluss in der Leiterplatte entsteht.

09.4 – Wärmeableitung mittels Wärmeleitblech

Hier durchlaufen die Leiterplatten den normalen Produktionsprozess. Die fertige Leiterplatte wird anschliessend mittels Prepreg mit dem Wärme- leitblech verpresst.

Standardaufbau einseitig: siehe Abb. rechts
Diese Version ist umstritten, da die Wärmeabfuhr nicht optimal ist. Die entstandene Wärme muss zuerst das Basismaterial durchdringen, bevor es abgeführt werden kann.
Sollten Sie sich für diese Version entscheiden, empfiehlt es sich, das FR4 möglichst dünn zu wählen.

Mögliche Lösungen

• Leiterplatten aus "Bergquist"-Material
• Alternativ selbstverpresstes Basismaterial
• Doppelseitige, durchkontaktierte Leiterplatten (Aluminium-Kern-Leiterplatten)
• Standard-Fertigung, einseitige Leiterplatten mit anschliessender Verpressung mit Aluminium
• Leiterplatten mit Wärmeleitpaste

Technische Informationen

Metallkern-Leiterplatten
Fertig laminiertes Alu-Basismaterial diverser Hersteller, mit speziellen Prepregs (Wärmeleitwert ab 1 W/mK)

Alternative Ausführung
Selbstverpresstes Alu-Basismaterial mit "No-Flow"-Prepreg 0,1 mm und Kupferfolie in verschiedenen Stärken

Einseitige Leiterplatten in Standardtechnik
FR4-Träger mit einseitig Kupfer wird mittels Prepreg (0,2 mm) mit dem Aluminium verpresst. Dicke des Aluminiums ca. 1,2 – 1,6 mm

Wärmeleitpaste
1-Komponenten Heatsink-Paste HSP 2741, schwarz, der Firma Peters, Auftrag im Siebdruckverfahren

Dickkupfer-Leiterplatten
Nur bis 210 µm möglich. Bei dieser Dicke kann es zu Problemen mit dem Löstopplack kommen (Flankenabdeckung layoutabhängig). In diesem Fall werden die Zwischenräume mit Paste verfüllt. Mindest-Leiterbahnbreite und Abstand: 1,0 mm