Unter Metallkernleiterplatten bzw. IMS Leiterplatten versteht man klassische Leiterplatten, für deren Trägermaterial Metall statt Epoxid verwendet wird. Dieser Metallkern, in der Regel aus Aluminium oder Kupfer, ist von den Leiterbahnen durch eine bedingt wärmeleitende, dielektrische Lage getrennt. Die von den elektronischen Bauteilen produzierte Verlustwärme wird der Metalllage zugeführt und von dort idealerweise an die Umgebung abgegeben.

Grundsätzlich unterscheidet man zwischen Metallkernleiterplatten und Metallträgerplatten. Während es sich bei Ersteren um einen tatsächlichen Leiteraufbau auf (asymmetrisch) bzw. um einen Metallkern herum (symmetrisch) handelt, werden bei Metallträgerplatten klassische FR4 Schaltungen auf Epoxidharzbasis mit einem Metallträger verbunden.

Die zunehmende Bauteildichte und Verwendung von leistungsstarken Komponenten fordert ein verbessertes Wärmemanagement und Wärmeableitung bereits auf Ebene des Trägermaterials und der Leiterplatte. Neben den steigenden Anforderungen an die Leistung, gilt es vor allem Funktion und Lebensdauer langfristig zu gewährleisten. Hervorragende Wärmeleitwerte machen IMS Leiterplatten zur ersten Wahl, wenn traditionelle Lösungen wie Vias nicht mehr ausreichend sind oder aktive Kühlung in schlechter Relation zu den Kosten stehen.

FELA ist der erste Leiterplattenhersteller, der eine vergleichbare Technologie auf Basis von IMS Technik entwickelt hat. Die hier beschriebene und von der FELA GmbH patentierte Technik FELAM Q-FLEX nutzt die IMS Leiterplatte für eine erste Positionierung der LEDs, sodass auch mit Standard Linsen eine homogene und großflächige Ausleuchtung möglich ist. Sie ermöglicht die Verformung auch massiver Metallkernleiterplatten in dreidimensionale Gestalt ohne Beeinträchtigung der Leiterstrukturen.

Als Basismaterial dient üblicherweise Aluminium, in seltenen Fällen auch Kupfer. Um den thermischen Ansprüchen gerecht zu werden, werden oft für Leiterplattenverhältnisse dicke Basismetalle mit bis zu 4 mm Stärke verwendet.

Die mechanische Verformung der Leiterplattenmodule nach dem Assemblierungsprozess erfordert vom Standard abweichende Aufbauten und Materialien. Metall, elektrische Isolation und deren Schichtstärken sowie auch das Kupferlayout müssen auf den Biegeprozess abgestimmt sein. Diese Technik ermöglicht den Spagat zwischen der gewünschten Formgebung und optimaler Bauteilentwärmung.

Die hier beschriebene und von der FELA GmbH patentierte Technik FELAM Q-FLEX nutzt die IMS Leiterplatte für eine erste Positionierung der LEDs, sodass auch mit Standard Linsen eine homogene und großflächige Ausleuchtung möglich ist. Sie ermöglicht die Verformung auch massiver Metallkernleiterplatten in dreidimensionale Gestalt ohne Beeinträchtigung der Leiterstrukturen.

FELAM TOUCHDOWN

LED- und Hochleistungselektronik stellen große Herausforderungen an das Wärmemanagement von Leiterplatten. Während Aluminiumplatinen heute gängiger Standard sind, greift man für extreme Anforderungen auf Leiterplatten mit einem Kupferkern zurück. Die direkte Anbindung eines Bauteils an den Kupferkern ist thermotechnisch die beste bekannte Möglichkeit, die Entwärmung von Bauteilen zu ermöglichen.

Die FELA GmbH hat unter der Bezeichnung FELAM TOUCHDOWN einen speziellen Aufbau entwickelt, der höchsten thermischen Anforderungen gerecht wird. Als Kernmaterial wird, in Abhängigkeit von den mechanischen und thermischen Bedingungen, eine bis zu 3 mm starke Kupferlegierung mit einer Wärmeleitfähigkeit von ca. 400 W/mK verwendet. Kombiniert wird der Kern mit einem sehr dünnen Dielektrikum von ca. 30 bis 40 µm Stärke, dies stellt für die meisten Fälle eine ausreichende Durchschlagsfestigkeit sicher.

Durch die Verwendung von Kupfer als Basismaterial kann das Gehäuse bzw. der Heat Sink des Bauteils direkt auf den Kupferkern verlötet werden, während die elektrischen Anschlüsse auf der Leiterlage angebunden werden. Der bisherige Flaschenhals des Wärmemanagements, das thermisch hinderliche Dielektrikum kann so umgegangen werden. An dessen Stelle tritt das ohnehin schon vorhandene Lötzinn mit einem im Vergleich sehr guten Wärmleitwert.

FR4 HEATSINK

Unter den Markennamen „Metal-Plate“ (Ruwel), FELAM THERMOCOIN (FELA GmbH) kamen in den letzten Jahren Kombinationen von FR4 Leiterplatten mit partiell eingebrachten Kupfereinlagen auf den Markt. Da es sich hierbei um FR4 handelt, jedoch massive Kupferinlays verarbeitet sind, wird diese als Hybridtechnik bezeichnet, weil diese eine Verbindung beider Technologien darstellen.