Leiterplatten mit Aluminiumkern oder -Träger - LeitOn-Alu

LeitOn-ALU - Wärmemanagement mit Aluminium- Leiterplatten

Die Hitzeableitung mit Hilfe von Aluminiumkernen in Leiterplatten ermöglicht in der LED-Technik und bei Hochleistungstransistoren höhere Packungsdichte, längere Laufzeiten und größere Ausfallsicherheiten. Viele Fragen auf dem bisher neuen, kaum erforschten Feld ranken sich um das Design, die Berechnung sowie um die Bestückung der Platinen mit Aluminiumträger oder Kern. Zur Zeit sind Leiterplatten mit Aluminiumkern von 2 Lagen möglich. Aluminiumträger sind von 1 bis 6 Lagen verfügbar. Im Folgenden geben wir Anhaltspunkte für die Entwicklung, das CAD und die Bestückung von aluminiumverpressten Leiterplatten.

1. Die Berechnung der Wärmeableitung
2. Designregeln für Leiterplatten mit Aluminiumkern oder -träger
3. Löten von Leiterplatten mit Aluminiumkern - oder träger

Designregeln für Leiterplatten mit Aluminiumkern

Durch das Aufpressen der Kupferfolie und der nahezu gleich bleibenden chemischen Prozesse zur Erstellung des Leiterbildes ergibt sich bei Leiterbahnbreiten und Abständen keinerlei Einschränkung.

Zu beachten ist allerdings folgendes:

Lochlage zueinander:
Um einwandfreie Bohrungen ohne Kontakt zum Aluminiumkern gewährleisten zu können ist es notwendig, den Aluminiumträger mit größeren Löchern vorzubohren. Somit ist es möglich, mit Hilfe von Epoxidharz oder Pluggingpaste die spätere Bohrung vom Aluminiumträger getrennt zu halten. Durch dieses Prinzip werden Durchkontaktierungen ebenfalls möglich.

Eine durchkontaktierte Bohrung durch den Aluminiumträger mit dem Enddurchmesser von 1,0mm wird in der Leiterplattenfertigung allgemein mit einer Zugabe von 0,15mm gebohrt, also 1,15mm. Dadurch wird nach dem Aufbau des Kupfers in der Bohrung der gewünschte Enddurchmesser von 1,00 mm erreicht. Ist die zusätzliche Verpressung mit Aluminium erwünscht, sollte die Bohrung um weitere 0,45mm größer gebohrt werden (1,00+0,15+0,45[mm]=1,6mm).

Die Schwierigkeit entsteht, wenn in diesem Beispiel die Lochlage zueinander vom Mittelpunkt im Bereich um 1,6mm ist. Äußerlich betrachtet ergibt sich genug Platz für Restring und Abstand. Im Aluminiumträger werden die Freistellungen allerdings überlappen, so dass die zwischen den Bohrungen kein Aluminium, sondern lediglich Epoxydharz oder Pluggingpaste vorhanden ist. Für die Wärmeableitung, die hauptsächlich über den Träger an den Seiten erfolgt spielt das bei wenigen Überschneidungen eine untergeordnete Rolle. Hat man jedoch sehr viele solcher Überschneidungen sind gegebenen falls ganze Teile des Aluminiumträgers hauptsächlich mit weniger gut Wärme leitenden Harzen gefüllt. Im Extremfall kann auch die Stabilität des Aluminiumträgers zu gering werden und in der Fertigung ergibt sich durch überlappende Bohrungen generell das Problem von Bohrerbrüchen.

Als Faustformel für die Anordnung von Bohrungen zueinander kann man zur Sicherheit folgendes berücksichtigen:

Abstand zweier Bohrmittelpunkte = r1 + r2 + 0,7 [mm]

Kupferfreistellungen von der Kontur:
Für die mechanische Bearbeitung der Kontur sollte der Abstand von Kupferflächen zur Fräskante in Außenlagen generell ca. 0,25mm betragen. In den Innenlagen erhöht sich dies bei Standardtechnologien auf 0,5mm Konturabstand.

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