Bei der Entwicklung von Hochleistungs-LED-Anwendungen stehen die Kunden regelmäßig vor dem Problem, die Wärme von der LED in einen Kühlkörper zu leiten. Um dies zu erreichen, können Kunden Metallkern-Leiterplatten (MCPCB) mit Kupfer oder Aluminium als Basismaterial anstelle der bei der Leiterplattenherstellung normalerweise verwendeten FR4-Standardmaterialien verwenden. Das Problem bei der Verwendung von Kupfer oder Aluminium als Basismaterial ist jedoch seine elektrische Leitfähigkeit, die eine Isolierschicht zwischen der Signalschicht und dem Basismaterial erforderlich macht. Diese Isolierschicht wird als dielektrische Schicht (Dielektrikum) bezeichnet. Unsere Kunden können aus einer breiten Palette von isolierten Metallsubstraten (IMS) mit einer Wärmeleitfähigkeit von 2,2 W/m-k bis 7,0 W/m-k und einer dielektrischen Dicke von 60 µm bis 150 µm wählen. Während dies oft ausreicht, kann bei einigen Hochleistungsanwendungen eine bessere Wärmeübertragung von der LED in die Leiterplatte und schließlich in einen Kühlkörper an der Unterseite der Leiterplatte erforderlich sein. Thermoelektrische Kupfersubstrate mit Trennschicht können hier einen wichtigen Beitrag leisten, indem sie die Signalschicht direkt mit dem Basismaterial verbinden und so einen Wärmewiderstand von null und damit eine maximale Wärmeabgabe an das Kupfersubstrat erreichen.
Unterschiede im Lagenaufbau
Die folgenden Bilder verdeutlichen die Unterschiede zwischen einer typischen MCPCB mit Kupfersubstrat und MCPCBs mit thermoelektrischer Kupfertrennung. Achten Sie auf die Signallage und darauf, wie ein auf der freiliegenden Oberfläche montiertes Bauteil Wärme an das Kupfersubstrat ableiten kann.
Typische Metallkern-Leiterplatte mit Kupfersubstrat und dielektrischer Schicht
Metallkern-Leiterplatte mit Kupfersubstrat und Thermoelektrischer Trennung
Vergleich von Kupfer mit dielektrischen Schichten
Die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer beträgt etwa 390 W/m–k. Vergleicht man dies mit hochleistungsfähigen dielektrischen Materialien wie 7,0 W/m–k, wird sofort deutlich, wie viel leistungsfähiger ein Kupfersubstrat mit thermoelektrischer Trennung sein kann, selbst mit den dünnsten dielektrischen Materialien, die auf dem Markt erhältlich sind.
Warum ist dies dann nicht der Standard?
Die Herstellung von Kupfersubstraten mit thermoelektrischer Trennung stellt deutlich höhere Anforderungen an den Produktionsprozess und die Technologie. Wie bei der Herstellung von flexiblen Leiterplatten, starr-flexiblen Leiterplatten und mehrlagigen Leiterplatten sind viele zusätzliche Schritte erforderlich, während die Herstellung "gewöhnlicher" Aluminiumsubstrate und Kupfersubstrate viel einfacher und mit der Herstellung von einseitigem FR4-Material vergleichbar ist. Dieser Mehraufwand kann sich jedoch auszahlen und billiger sein als teure Hochleistungsmaterialien, die keine vergleichbare Wärmeableitung bieten.
Zusätzliche Schritte während der Leiterplattenherstellung
- Die Kupfersubstratfolie wird auf die richtige Größe für die Produktion zugeschnitten.
- Die Kupferfolie wird durch Bürsten, Mikroätzung und andere Methoden aufgeraut, bevor das Substrat laminiert wird.
- Der Trockenfilm-Fotoresist wird unter strenger Kontrolle von Temperatur und Druck aufgetragen und durch Bestrahlung mit ultraviolettem Licht polymerisiert.
- Der Schutzfilm wird mit einer wässrigen Natriumcarbonatlösung abgetragen, bevor Salzsäure und Wasserstoffperoxid verwendet werden, um das freigelegte Kupfer anzugreifen und zu entfernen.
- Schließlich wird der Trockenfilm-Fotoresist mit wässriger Natriumhydroxidlösung entfernt, bevor die Leiterplatte mit der Lötmaskenschicht und einer abschließenden Oberflächenbehandlung (z. B. Gold) versehen werden kann.
Haben Sie weitere Fragen?
Während wir uns bei Newmatik auf die Leiterplattenbestückung konzentrieren und keine eigenen Leiterplatten herstellen, haben wir mehrere Leiterplatten-Lieferanten in Deutschland, Europa und China, die verschiedene Leiterplatten-Basismaterialien für Ihre spezielle Anwendung anbieten. Kontaktieren Sie uns einfach, um Ihre Anforderungen zu besprechen.