Wärmeleitfähige Kunststoffe und Elektronik clever kombiniert

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Heitec AG

Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

CTX Thermal Solutions GmbH

KSG Austria GmbH

Eine schnelle Wärmespreizung der Leiterplatte

Je nach thermischer Anforderung und Design lässt sich der Lagenaufbau für die Entwärmung mit Microvias, Thermovias (mit Kupfer durchkontaktierte Bohrungen wahlweise mit Wärmeleitpaste verfüllt), Sacklöchern und Buried Vias kombinieren. Direkt unter der LED können Microvias platziert und mit den Kupferprofilen kontaktiert werden.

Im Demonstrator sorgt eine Kombination aus Kupferprofilen mit verschiedenen Vias in der Leiterplatte für eine schnelle Wärmespreizung. Die Folge: Die Wärme wird von der LED rasch und ohne Nadelöhr im thermischen Pfad abgeleitet, im Kupferprofil gespreizt und an den angespritzten Kühlkörper abgegeben – ohne zusätzliche thermische Materialien und Zwischenschichten. Positiver Nebeneffekt: Beim Spritzgießen verfüllt der wärmeleitfähige Kunststoff die Thermovias.

Der Aufbau ermöglicht die Kombination von LED und Steuerelektronik auf einer Baugruppe, was Platzbedarf, Gewicht und Volumen reduziert. Mit Kerbfräsungen an den Sollbiegestellen lässt sich die Leiterplatte nach dem Bestücken biegen und in gewünschter Neigung einstellen. Die eingebetteten Kupferprofile erlauben selbsttragende mehrdimensionale Formen, wobei die Wärme gezielt über die Biegekante geführt wird. Pro Biegung lassen sich Biegewinkel bis ±90° herstellen und beliebig komplexe 3-D-Geometrien aufbauen. Auch bei starken Vibrationen ändert sich der Neigungswinkel nicht.

Bei der Entwicklung sollte zunächst die notwendige Wärmeleitfähigkeit (Füllstoffanteil) des Compounds mit Hilfe einer Simulation ermittelt werden. Aus dieser ergeben sich die Anforderungen hinsichtlich des passenden Leiterplattendesigns in Bezug auf Lagenaufbau, Oberflächengestaltung und elektrischem Layout. Dabei ist es wichtig, dass sich bereits ab der ersten Idee alle Entwicklungsbereiche wie Mechanik, Optik, Elektronik und Produktdesign mit den Spezialisten aus dem Projektkonsortium abstimmen.

Wärmemanagement bei der LED

Zuverlässig gekühlt bis in die dritte Dimension

Thermomaterialien

Das thermische Management bei einer LED-Beleuchtung

* Stefan Hörth ist Produkt-Manager beim Leiterplattenhersteller Häusermann in Gars am Kamp/Österreich.

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