10 – Designrichtlinien für Alukern-Schaltungen bei Leiterplatten

Alukernschaltungen haben die Aufgabe, die entstehende Wärme von Leistungs- bauteilen abzuführen. Es ist daher empfehlenswert, auf diesem Teil der Schaltung
den reinen Leistungsteil unterzubringen. Der Steuerteil sollte sich auf einer separaten Standard-Leiterplatte befinden.

Wichtigstes Kriterium ist dabei der Mindestabstand für Bohrungen, der unbedingt einzuhalten ist.

Bild 1 (links) – Bohrabstände und Durchmesser

Bei 2-seitigen Alukernschaltungen muss der Aluminiumkern gegen die Durch- kontaktierung isoliert werden. Dies geschieht mittels Harzüberschuss beim Verpressen des Alukerns mit Prepreg und Kupfer oder durch Pluggen. Dazu muss der Alukern vorgebohrt werden.

Kleinster Bohrdurchmesser im Alukern ist 1,0 mm, kleinster Enddurchmesser in der Leiterplatte 0,3 mm.
Damit die Bohrer bei dicht gesetzten Bohrungen nicht beschädigt werden, ist ein Mindestabstand von 1,2 mm erforderlich.
Dies ist in der Regel das K.o.-Kriterium für einen dichtbepackten Steuerteil.

10.1 – Ausführungsvarianten für Alukern-Schaltungen bei Leiterplatten

10.1A – 1-seitige Leiterplatten auf Alu-Träger

Auf einen Alu-Träger wird mittels Prepreg eine Kupferfolie auflaminiert. Üblicherweise verfügt diese Ausführung nur über Befestigungs- bohrungen.

Bild 2 (rechts): Aufbau 1-seitig

10.1B – mehrlagige Leiterplatten mit Alu-Kern

Auf einen Alu-Kern werden beidseitig mittels Prepreg Kupferfolien auflaminiert. Die Leiterplatte kann durchkontaktiert werden.
Möglich ist so auch die Fertigung von Multilayern mit 0,5 mm-Alukern.

Bild 3: Aufbau 2-seitig mit Alukern

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Bild 4: Aufbau 4-lagig mit Alukern

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10.1C – Leiterplatten auf Wärmeleitblech

Fertige Leiterplatten werden mittels Prepreg mit einem Alu-Träger verpresst. Vorteil: Es können auch Multilayer verwendet werden (SMD 1-seitig), partieller Alu-Träger möglich. Nachteil: Schlechte Wärmeableitung, da die Wärme durch die gesamte Leiterplatte abgeführt werden muss.

Bild 5: Aufbau Wärmeleitblech

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Bild 6: Alu-Träger partiell

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Der Alu-Träger kann bei dieser Ausführung auch partiell aufgebracht werden. Wichtig ist, dass der Träger über 2 Enden der Leiterplatte reicht, da sonst keine exakte Positionierung möglich ist.

10.1D – Alu-Flex

Eine weitere Möglichkeit ist der Aufbau als Starrflex-Leiterplatte, wobei der Alu-Träger als starrer Bereich der Leiterplatte dient.
Möglich ist so z. B. die Anbindung eines Steuerteils über den herausgeführten Flexbereich als Steckverbinder.

Bild 7: Aufbau Alu-Flex

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Technische Daten

Parameter
• Dicke des Alukerns: 0,5–2,0 mm
• Dicke des Kupfers: 18–105 μm
• kleinster Bohrungsdurchmesser LP (DK): ≧ 0,3 mm
• kleinster Bohrungsdurchmesser LP (NDK): ≧ 1,0 mm
• kleinster Bohrungsdurchmesser Alu: ≧ 1,0mm
• Abstand Bohrung/Bohrung: > 1,2 mm
• kleinster Fräserdurchmesser: ≧ 1,6 mm
• Oberflächen: HAL, HAL bleifrei, OSP, chem. Sn (nicht zu empfehlen!)
• Löstopplacke: grün, weiß

Mechanische Bearbeitung
Alukernschaltungen können wie normale Leiterplatten im Nutzen oder vereinzelt gefertigt sowie gefräst und geritzt werden.

Kostenfaktoren
• Dicke des Aluminiums (Rohstoffpreise)
• Dicke des Kupfers (Rohstoffpreise)
• Anzahl Bohrungen (Werkzeugverschleiß)