Längst hat die Leiterplatte ihr Schattendasein verlassen. Als multifunktionales Element innerhalb eines elektronischen Systems muss sie großen Strömen trotzen und für die Entwärmung hoch getakteter und hitzeproduzierender Prozessoren und wärmeverströmenden Leistungsbauteilen sorgen. Um etwa für Leistungsmodule eine hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer sicherzustellen, ist beginnend von dem aufgelöteten Bauteil bis zum Kühlkörper eine optimale Wärmeabfuhr zu gewährleisten. Jedoch hat die Entwicklung von Leiterplatten-Technologien, welche die Realisierung hoher Ströme und effektiver Entwärmungskonzepte ermöglichen, in vielen Phasen in Einbahnstraßen geführt. Zwar haben sich einige Technologien durchgesetzt, die in elektronischen Baugruppen Ströme im hohen zweistelligen und mittleren dreistelligen Bereich auffangen konnten. Dennoch konnten die bisherigen konventionellen Lösungen die technischen Anforderungen meist nur teilweise erfüllen. Ein wesentliches Manko der meisten dieser Technologien sind bislang die sehr hohen Realisierungskosten.
Kupfer gezielt addieren
Aus dünner Kupferfolie geätzte Leiterbahnen bilden einen Engpass für hohe Ströme. Das Verbreitern der Leiterbahnen kostet Fläche und ist oft nicht realisierbar. Zudem ist der Querschnitt der Leiterbahnen bedingt durch die �?tzhöhe stark eingeschränkt. Zwar behilft man sich sehr oft mit Techniken wie beispielsweise der teuren Dickkupfertechnik. Anstatt jedoch Hochstromleiter etwa mit Hilfe der Dickkupfer-�?tz- technik zu strukturieren, ist es möglich, große Leiterquerschnitte auch durch einfaches Hinzufügen von Kupfer zu realisieren. HSMtec entfaltet hier ihr technisches Potenzial. Die Technik, die nach DIN EN 60068-2-14 und JEDEC A 101-A qualifiziert und für Luftfahrt und Automotive auditiert ist, geht selektiv vor: Nur dort, wo tatsächlich hohe Ströme durch die Leiterplatte fließen sollen, wird das Dickkupfer - sei es als Profil oder in Drahtform - in die Leiterplatte integriert. Derzeit stehen 500 µm hohe Profile mit Breiten von 2 bis 12 mm in variabler Länge zur Verfügung und bei Drähten hat sich der Durchmesser von 500 µm etabliert. Die mit den Leiterbildern stoffschlüssig verbundenen 500 μm dicken Kupferelemente lassen sich mittels Ultraschallverbindungstechnik direkt auf das Basiskupfer auftragen und mit FR4-Basismaterial in jede beliebige Lage eines Multilayers integrieren. Mit HSMtec ist es also möglich, hohe Ströme und die Hitzeentwicklung zügig auf zulässige Partial- und Systemtempera-turen zu drosseln. Die integrierten Kupferelemente stemmen Ströme von bis zu 500A. Dass dabei Kupfer zum Einsatz kommt, hat gute Gründe: Ein Vorteil von Kupfer und dem Leiterplattenbasismaterial FR4 sind die Wärmeausdehnungseigenschaften. Sie weisen eine hohe Beständigkeit gegen thermische Beanspruchungen auf. Durch die intelligente Kombination von integrierten Kupferprofilen mit modernen Leiterplattentechnologien wie Micro- und Thermovias ist es möglich, eine direkte metallische Ankontaktierung der Lötflächen (Bauteile, Kühlkörper) an die Profile zu realisieren. Ein wärmetechnisch optimierter Lagenaufbau sorgt zusätzlich für rasche Wärmespreizung. Schliffbilder beweisen, dass sich das Einbetten der 500 µm dicken Strukturen, egal ob Draht oder Profil, in nur einem Multilayer-Presszyklus erfolgreich bewerkstelligen ließ. Selbst bei versetzt gegenüberliegenden Strukturen genügt ein Presszyklus.
Mehrdimensional statt teurer Steckverbinder
HSMtec besticht durch ihre mehrdimensionalen Konstruktionsmöglichkeiten. Dadurch ist es möglich, auch 3D-Baugruppen zu realisieren, etwa wenn Semiflex-Aufbauten oder Leiterplattenverbindungen über Stecker ersetzt werden sollen. Im einfachsten Fall wird ein Teil der Leiterplatte nach dem Bestücken abgewinkelt und beim Einbau ins Gehäuse in dieser Position fixiert. Dadurch sinkt der Anteil an Kabel-, Steck- oder sonstigen mechanischen Verbindungen signifikant. Das erhöht nicht nur die Zuverlässigkeit der Anwendung, sondern auch deren Lebensdauer. Kerbfräsungen an den Sollbiegestellen sorgen dafür, dass einzelne Leiterplattensegmente durch beliebige Einstellung des Neigungswinkels in die gewünschte Ausrichtung gebracht werden können. Dabei reicht der Biegeradius bis 90 Grad. Die integrierten Drähte beziehungsweise Profile erlauben zudem das gezielte Führen von Wärme und hohen Strömen über die Biegekante hinweg. Auch sind die flexibel ausrichtbaren Platinensegmente sehr stabil - der Neigungswinkel ändert sich auch bei starken Vibrationen nicht.
