Wärmeverteilung in elektronischen Baugruppen optimieren

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FAPS Lehrstuhl f. Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik

Weiterhin bestimmt neben dem Füllstoffmaterial und -gehalt die Füllstoffgeometrie die im fertigen Kunststoffbauteil resultierende Wärmeleitfähigkeit. So richten sich faser- und plättchenförmige Füllstoffe durch strömungsinduzierte Umlagerungsvorgänge im Fertigungsprozess in Vorzugsrichtungen aus. Hieraus ergeben sich richtungsbezogene Wärmeleitfähigkeiten, die meist um ein Vielfaches höher ausgeprägt sind als es integrale Messungen der Wärmeleitfähigkeit am Kunststoffbauteil suggerieren.

Die gezielte konstruktive Berücksichtigung richtungsbezogener thermischer Stoffwerte trägt entscheidend zur effizienten Wärmeabfuhr aus thermisch hochbelasteten Bereichen elektronischer Baugruppen bei [3].

Für elektronische Bauelemente existieren Ansätze, Chip-Träger bzw. das -Package aus wärmeleitfähigen Kunststoffen herzustellen.

So können mit diesen Kunststoffen komplexe Bauteilgeometrien abgebildet werden – ein Vorteil, der beispielsweise bei Spulenkörpern ausgenutzt wird [4].

Flexible Verwendung auf unterschiedlichen Integrationsstufen

Analog dazu besteht auf Baugruppenebene die Möglichkeit, metallische Kühlkörper, beispielsweise aus Aluminium-Strangpressprofilen, die an der Leiterplatte oder am Bauelement befestigt werden, zu substituieren [5]. Da die endkonturnahe Herstellung im Spitzguss unterschiedlichste Oberflächen, Formen und Abmessungen für Kühlrippengeometrien sowie thermische Anschlussflächen ermöglicht, kann die Wärme angepasst an die Gegebenheiten auf und in der direkten Umgebung der Leiterplatte zielgerichtet abgeführt werden.

Noch einen Schritt weiter geht in diesem Zusammenhang der Einsatz dieser Werkstoffe in der Technologie der Molded Interconnect Devices (MID). Hier wird die konventionelle Leiterplatte durch einen spritzgegossenen räumlich ausgeprägten Schaltungsträger ersetzt (Bild 2) [6].

Einerseits können so bereits bei der Herstellung des Trägers im Spritzguss mechanische Funktionen wie Verbindungselemente integriert werden. Andererseits kann die Form so gewählt werden, dass das gesamte MID optimal in den zur Verfügung stehenden Bauraum eingepasst werden kann [7].

Darüber hinaus ist es möglich, die Bauelemente direkt in den Prozessen der Aufbau- und Verbindungstechnik auf geneigten Bestückebenen räumlich zu positionieren, was beispielsweise bei LED-Anwendungen für eine verbesserte Ausleuchtung genutzt werden kann.

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