Kostengünstige und einfache Alternative zu IMS

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Elektronikfertiger Melecs hat eine Möglichkeit entwickelt, die ein effizientes Wärmemanagement von HB-LEDs auf FR4-Leiterplatten bietet.

Elektronikfertiger Melecs hat eine Möglichkeit entwickelt, die ein effizientes Wärmemanagement von HB-LEDs auf FR4-Leiterplatten bietet. Beim Verfahren werden speziell entwickelte Stahlklemmen genutzt. Das Verfahren ist eine Alternative zur IMS-Lösung (Insulated Metal Substrate), bei der massive Aluminium- oder Kupferkerne als Wärmeträger eingesetzt werden. Die Klemmenlösung soll besonders im kostensensitiven Automobilmarkt zu großen Einsparungen führen, da die Verbindung getrennter Platinen mit Kabeln, Steckverbindern, SMT-Jumpern und Ähnlichem entfällt.

Mit dem Stahlklemmen-Verfahren werden Power-LEDs und die Treiberelektronik auf ein und derselben FR4-Leiterplatte bestückt. Der Herstellungsprozess entspricht einer konventionellen Platinenfertigung. Erforderlich sind sehr dünne Leiterplatten, damit der thermische Weg von der LED zum Kühlkörper möglichst kurz ist. Als optimal haben sich Dicken zwischen 0,7 und 0,8 mm erwiesen. Um die punktförmig von der LED abgegebene Wärme möglichst gut zu verteilen, sollte der thermische Weg vergleichsweise breit sein – dies wird durch 70 bis 105 µm dickes Außenkupfer gelöst, wodurch die Wärme auf einer Fläche von circa 15 mm x15 mm verteilt wird. Thermische Vias in einem Raster von 0,8 bis 1 mm führen die Wärme dann durch das FR4. Die Unterseite der Leiterplatte ist ebenso wie die Oberseite in Dickkupfer ausgeführt, so dass die Wärme mit geringem thermischem Übergangswiderstand in den Kühlkörper fließen kann.

Parallel dazu sorgen die Stahlklemmen für einen sicheren thermischen Kontakt zwischen dem Kupfer der Leiterplatte und dem Thermoplastgehäuse der Leuchte. Deren Federkraft gleicht Schrumpfen, Fließen, Schwinden oder Verwinden aus. Zudem benötigt das Gehäusematerial keine erhöhte thermische Leitfähigkeit – es genügt beispielsweise das Standardmaterial PC ABS (Polycarbonat Acrylonitril Butadien Styren). Reibverschweißen von Gehäuse und Frontscheibe ist ebenfalls möglich.