IMS-Leiterplatten Schaltungsträger mit hoher Wärmeleitfähigkeit für LED-Applikationen

Autor / Redakteur: Ferdinand Lutschounig* / Claudia Mallok

Ob Heckleuchte, Frontscheinwerfer oder Innenbeleuchtung - immer häfiger kommen in den neuen Fahrzeugmodellen LEDs zum Einsatz, die auf Leiterplatten in IMS-Technologie (Insulated Metallic Substrate) montiert sind. Die Leiterplatten mit isolierten Metallsubstraten sind grundsätzlich nichts Neues, aber auf Grund ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit für den zunehmenden Einsatz von LEDs in der Beleuchtungstechnik oder Leistungs-Anwendungen prädestiniert.

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( Archiv: Vogel Business Media )

Mit zunehmender Packungsdichte und Miniaturisierungsgrad auf der Leiterplatte sowie dem vermehrten Einsatz von Bauelementen mit hoher Wärmeentwicklung wie z.B. High-Power-LEDs oder Relais stoßen konventionelle Leiterplatten an ihre Grenzen. Die geringen Wärmeleitwerte der eingesetzten Materialien von unter 0,3 W/mK können die entstehende Wärme nur sehr schlecht in der Leiterplatte verteilen und nicht optimal durch die Leiterplatte ableiten. Die Folge sind „Hot Spots“, was dazu führen kann, dass „Heat Sinks“ (Wärmesenken) ihre Wirkung nicht voll entfalten können.

Um die zulässigen Betriebstemperaturen der Bauteile nicht zu überschreiten, muss die als Wärme abgestrahlte Verlustleistung der Bauteile bestmöglichst abgeführt werden. Andernfalls drohen Fehlfunktionen - bei einer LED die Verschiebung des Farbspektrums, Verkürzung der Lebensdauer und im Extremfall sogar Schädigungen oder Totalausfälle von Bauteilen, ganzen Baugruppen oder sogar des Endproduktes.

Zuverlässige Entwärmungskonzepte sind gefragt, denn in vielen Fällen reicht der Einsatz von Basismaterialien mit verbesserten thermischen Leitfähigkeitswerten nicht aus. Daher wird mittlerweile auch in anderen Bereichen des „Thermo-Managements“ wie Design, Aufbaukonzepten und neuen wärmeableitenden Materiallagen geforscht und entwickelt.

IMS-Aufbau leitet entstehende Wärme effizient ab

Aufbau einer IMS-Leiterplatte: IMS (Insulated Matallic Substrate), Leiterplatte mit isolierten Metallsubstraten (Archiv: Vogel Business Media)

Eine innovative und seit Jahren erprobte Technologie, um Wärme kostengünstig und effizient abzuführen, ist der Einsatz von IMS (Insulated Metallic Substrate), also Leiterplatten mit isolierten Metallsubstraten. Auch der österreichische Leiterplattenhersteller AT&S deckt diesen Sektor ab und hat seine IMS-Leiterplatten unter der Abkürzung TC-PCB (Thermal Conductive-PCB) auf den Markt gebracht. Die IMS-Leiterplatten werden im Werk Klagenfurt technisch entwickelt und produziert. Leiterplatten in IMS-Technologie kommen in LED-Beleuchtungen, Leistungswandleranwendungen und Automobilapplikationen (z.B. in Motorsteuerungen) zum Einsatz.

Die Vorteile der Anwendung von Leiterplatten basierend auf der IMS-Technologie liegen klar auf der Hand: Die bessere Wärmeverteilung und Wärmeableitung ermöglicht die Leistungsdichte zu erhöhen bei gleichzeitig optimierten und erweiterten Einsatzmöglichkeiten der Leiterplatten. Dadurch ergeben sich neue Applikationsfelder, wie der Einsatz von LEDs in einem immer breiteren Gebiet der Beleuchtungstechnik.

Gutes Wärmemanagement lässt LEDs 100.000 Stunden und länger leben

Aus dem Beleuchtungsmarkt und hier vor allem den LED-Anwendungen sind IMS-Leiterplatten heute nicht mehr wegzudenken. Mit IMS als Schaltungsträger können LEDs bei geringeren Temperaturen betrieben werden, was einen höheren Wirkungsgrad ermöglicht. Damit sinkt der Energieverbrauch, wodurch wiederum weniger Wärme abgegeben wird. Aus diesem Grund liegt die Lebensdauer von LEDs bei rund 100.000 Stunden, bei gutem thermischen Management sogar noch höher. Die Folge sind geringere Betriebs- und Erhaltungskosten, was zu einer starken Kostenersparnis verglichen mit herkömmlichen Beleuchtungskörpern führt.

Das rechts oben angegebene PDF zum Herunterladen zeigt die Fertigungschritte, Design Rules und empfohlene Basismaterialien für IMS-Leiterplatten von AT&S.

*Ferdinand Lutschounig ist Product Manager für Leiterplatten in IMS-Technologie bei AT&S in Klagenfurt, Tel. +43(0)463 311009406.

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