Heatsink Leiterplatten - Wärmeabführung – Leiterplatten

Wärmeabführung – Leiterplatten

(PresseBox) (Bad Homburg, ) Heatsink Leiterplatten - Wärmeabführung – Leiterplatten

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Zunehmende Leistungsverdichtungen von elektronischen Bauteilen, sowie immer kompaktere Abmessungen von Elektronikbaugruppen und die erhöhten Temperaturanforderungen führen in der Regel zu verstärkten Wärmeproduktionen der Baugruppen.

Die entstehende Verlustwärme muss im Sinne maximaler Zuverlässigkeit und Lebensdauer von den Baugruppen abgeführt werden. Elektronische Baugruppen müssen unter allen Umgebungsbedingungen innerhalb der zulässigen Temperaturgrenzen betrieben werden. Es sind praktisch keine Bereiche (Automotive, Telekommunikation, Computer, etc.) davon ausgenommen.


Bei der Erwärmung elektronischer Baugruppen kann man unterscheiden:

* Eigenerwärmung der Leiterplatte durch den Stromfluss durch die Leiterbahnen
* Erwärmung durch die Verlustwärme der bestückten Komponenten (Power FET´s, IGBTs, Thyristoren, Dioden, oder Smart Power Module)

Drei bekannten Arten der Wärmeübertragung:

* Wärmestrahlungen

Transport der Wärme jedoch ohne stofflichen Träger in Form langwelliger elektromagnetischer Strahlung (Infrarotstrahlung)


* Konvektionen

Wärmeübertragung durch Flüssigkeit und Gas
- frei, bzw. natürlich (Kühlkörper, Heatpipe)
- erzwungen (Lüfter, Kühlmittelpumpe, etc.)

* Konduktion

Wärmübertragungen durch Festkörper, bzw. ruhende Flüssigkeiten


Effektive Möglichkeiten zur Wärmeabführung bei einer elektronischen Baugruppe ist die Ableitung der Verlustwärme von der Wärmequelle (Bauteil) durch die Leiterplatte zu einer definierten Wärmesenke (z.B. Gehäuse, Kühlkörper, etc.).

Grundvoraussetzungen hierzu sind eine ausreichende Wärmeleitung der eingesetzten Materialien im Umfeld der Wärmequelle.

Die Bewertung erfolgt in der Regel anhand des Wärmewiderstands Rth, welcher von der Schichtdicke d, der Wärmeleitfähigkeit l des eingesetzten Materials und der aktiven Querschnittsfläche A definiert wird.

Selbst speziell gefüllte Substrate (Keramik oder Metallpartikel) zeigen eine nur geringfügig verbesserte Performance. Die Ursache findet sich im sehr geringen Querschnitt der Wärme leitenden Füllstoffe, welche sich prinzipbedingt bestenfalls nur punktuell berühren können.

Konstruktionen zur Wärmeabführung sind immer maßgeschneiderte Lösungen und ausgerichtet auf die speziellen Anforderungen der jeweiligen Anwendung:


* abzuführende Wärmemenge und wohin?
* Abmessungen der Bauelemente
* verfügbarer Platz
* Baugruppen-Peripherie
* Umgebungstemperaturen
* Kostengesichtspunkte


Ein universelles Wärmeabführungskonzept gibt es nicht!


Lösungsmöglichkeiten

Ein durchschnittlicher 6 Lagen Multilayer besteht aus ca. 10 % Kupfer und 90 % FR4 sowie aus einer erheblichen Anzahl von durchmetallisierten Bohrungen, welche überwiegend mit Luft gefüllt sind.

Das Thema der Entwärmung von elektronischen Baugruppen ist nicht neu, sondern fordert die LP-Hersteller schon seit Jahrzehnten. Es wurden Lösungen generiert, die im Folgenden kurz skizziert sind:


* Thermal Vias
* Kupfer Inlay´s
* Aluminium Inlay´s
* Metal Core- / Dickkupfer-Leiterplatten
* Heatsink- / IMS Leiterplatten

Kompletter Beitrag siehe: http://www.electronicprint.eu/...

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