Im Beleuchtungs- und Automotive-Markt, bei Antriebssteuerungen und in der Leistungswandlung schrumpfen die Formfaktoren, sinken die Kosten und steigt die Leistungsfähigkeit. Damit die verwendeten Bauelemente unter diesen Bedingungen zuverlässig arbeiten, brauchen sie ein effektives Wärmemanagement beziehungsweise Thermal Design mit hochleistungsfähigen Materialien. Entwickler sind immer mehr gezwungen, eine Kombination aus Gap-Fillern, wärmeleitfähigen Materialien, korrekt bemessenen Kühlkörpern und Thermal-Clad-Substraten zu nutzen.

Thermal-Clad-Substrate erlauben eine effektivere Nutzung von Leiterplatten als Teil eines Thermal-Designs. Dies unterstützt oder ersetzt einen herkömmlichen Kühlkörper. Damit ergibt sich zusätzlicher Spielraum für den Betrieb von Bauteilen bei stabilen Temperaturen, was die Systemzuverlässigkeit erhöht und bei LED-Leuchten den Erhalt des Lichtstroms über eine lange Lebensdauer und somit eine bessere Lichtqualität garantiert.

Wärmeleitfähigkeit der Platine

Ein Thermal-Clad-Substrat bietet eine wesentlich höhere Wärmeleitfähigkeit als eine Standard-FR4-Leiterplatte und kann die Kosten und Komplexität zusätzlich vernickelter Thermal-Vias oder Heat-Spreader zur FR4 einsparen. Hinzu kommt, dass Thermal-Clad mechanisch robuster ist als andere wärmeleitenden Substrate wie DBC (Direct-Bond Copper) oder Dickschicht-Keramik.

Immer mehr Entwickler entscheiden sich für diese Technik, um leistungsfähigere und zuverlässigere Systeme bei knappen Budget- und Größenvorgaben zu erfüllen. Die Anforderungen an wärmeleitfähige Substrate mit differenzierenden Eigenschaften steigen, genauso wie die Nachfrage nach kurzen Lieferzeiten und sofortigen Zugriff auf Design-in-Support.

Das High-Power-Lighting-Dielektrikum (HPL) ist für LED-Leuchten mit hohen Wärmemanagementanforderungen ausgelegt.

Das High-Power-Lighting-Dielektrikum (HPL) ist für LED-Leuchten mit hohen Wärmemanagementanforderungen ausgelegt.Bergquist

Materialeigenschaften

Entscheidend für die Leistungsfähigkeit eines wärmeleitfähigen Substrats sind die dielektrischen Materialeigenschaften. Bergquist bedient ein breites Spektrum an Thermal-Design-Anforderungen mit seinen vier Dielektrika für die Bereiche High-Road (HRT), Multi-Purpose (MP), High-Temperature (HT) und speziellem High-Power-Lighting (HPL). HPL ist das neueste Material für LED-Leuchten mit hohen Wärmemanagementanforderungen (Bild 1). Das Dielektrikum wird durch Aluminium- oder Kupferbasisschichten in verschiedenen Dicken, gebürstet und sogar mit farbig eloxiertem Aluminium ergänzt. Fertigungstechniken, die Bergquist über Generationen weiter verfeinerte, garantieren, dass sich das T-Clad-Substrat für heutige Hochleistungs-SMD-Anwendungen eignet und Alternativen wie thermisch optimierte, laminierte Leiterplatten mit Pre-Preg Sheets und metallischen Wärmeverteilerfolien übertrifft.

Substrate unterschiedlicher Hersteller lassen sich über die in den Datenblättern veröffentlichte Wärmeleitfähigkeitszahl vergleichen. Dabei ist jedoch zu bedenken, dass der thermische Widerstand die beste Maßzahl zur Vorhersage der Wärmeleitfähigkeit in einer reellen Anwendung ist. Dieser Wert berücksichtigt auch die Materialdicke, Grenzflächenwiderstände und Verstärkungsmaterialien, die in Serientests zur Wärmeleitfähigkeit nicht immer mit in Betracht gezogen werden. Informationen über Testverfahren der Hersteller, bei denen Materialeigenschaften wie die Wärmeleitfähigkeit gemessen werden, helfen Entwicklern bei der Überprüfung veröffentlichter Zahlen und beim unabhängigen Vergleich von Produkten verschiedener Hersteller. Bergquist setzt dazu international anerkannte Teststandards um, oder bietet für den Fall, dass keine Standards vorhanden sind, dem Kunden kostenlose Informationen über die verwendeten Testmethoden.

LED-Markt

Hochleistungs-LEDs sind eine noch relativ junge Technik, vor allem wenn es um die Erhebung zuverlässiger Daten geht. Die Bauteile können eine theoretische Lebensdauer von 50.000 Stunden aufweisen. Bergquist kann Daten aus eigenen Programmen bereitstellen, die helfen, die praktische Lebensdauer einzelner LEDs und LED-Baugruppen vorherzusagen. Kunden können so ihre Designdetails und Betriebsparameter optimieren.

Eine umfangreiche Auswahl an wärmeleitfähigen Produkten ist ein Vorteil für Entwickler hochleistungsfähiger Systeme, genauso wie der richtige Einsatz dieser Produkte. Um Entwickler bei der steigenden Nachfrage nach hochqualitativen Thermal-Clad-Lösungen zu unterstützen, baut Bergquist die Anzahl seiner Entwicklungszentren weiter aus.

Michael Stoll ist IMS European Business Manager bei Bergquist in Taufkirchen bei München.

Michael Stoll ist IMS European Business Manager bei Bergquist in Taufkirchen bei München.Bergquist

„Das Know-how unserer technischen Mitarbeiter, die unsere Kunden unterstützen, ist die Grundlage für unseren wachsenden Erfolg“, erklärt Michael Stoll von Bergquist (Bild 2), und ergänzt: „Unsere Strategie bezüglich unseres Personals baut auf drei Säulen. Wir stellen gute Mitarbeiter ein und halten diese, was den Wissensschatz im Unternehmen bewahrt. Zudem sind wir ein interessanter Arbeitgeber, der Talente fördert. Wir beschäftigen zum Beispiel zwölf Ingenieure, die Kunden in ganz Europa betreuen, darunter in wichtigen Märkten wie England, Frankreich, Deutschland und Südeuropa. Schulung und Know-how-Transfer bilden die dritte Säule. Unsere Ingenieure, die im Kundenkontakt stehen, werden von unseren Technikspezialisten im Werk ständig geschult, um auf dem neuesten Stand bezüglich Materialien und Produkte zu sein. Und unsere regelmäßigen, weltweiten Anwendungskonferenzen bieten unseren FAEs die Möglichkeit, umfassende Erfahrungen auszutauschen.“

Investitionen für besseres Wärmemanagement

Bergquists Investitionen in die T-Clad-Technologie belaufen sich bis jetzt auf über zehn Millionen US-Dollar, die in die Forschung und Entwicklung, den technischen Support und eine höhere Substrat-Produktion geflossen sind. Aufgrund der hohen Nachfrage wurde der Ausstoß um das 3,5-fache erhöht. Ziel des Unternehmens ist es, seine führende Rolle im Bereich Wärmemanagement für wirtschaftlichere Fahrzeuge, leistungsfähige LED-Beleuchtung und generell effizientere sowie zuverlässigere Hochleistungselektronik weiter auszubauen.