Schnittkanten mit LPKF-Lösung

Mit der LPKF-Lösung lassen sich qualitativ hochwertige Schnittkanten wie diese auch bei Aluminium-Trägermaterial kosteneffizient realisieren. (Bildquelle: LPKF)

Insulated Metal Substrates (IMS) sind wärmeabführende Leiterplatten mit metallischem Kern aus Aluminium oder Kupfer, der von den Leiterbahnen durch eine wärmeleitende, dielektrische Lage getrennt ist. IMS- Leiterplatten führen unerwünschte Wärme von Leiterplatten ab, die durch energieverbrauchende Bauteile wie Prozessoren, Transistoren, Thyristoren, Leuchtdioden oder Widerständen erzeugt wird.

LPKF hat nun speziell für das Nutzentrennen und die spezifischen Anforderungen der IMS-Bearbeitung eine eigene Lösung entwickelt, bei der die Leiterplatten mit einem leistungsstarken Laser geschnitten werden. Dazu werden die Leiterplatten, die einen Metallkern aus Aluminium, Kupfer oder Edelstahl haben, mit einem speziell dafür geschaffenem Laserverfahren geschnitten und aus einem Gesamtnutzen herausgetrennt. Die Laserquelle arbeitet dabei mit anwendungsspezifisch optimalen Prozessparametern. Durch den berührungslosen Prozess wird kein mechanischer Stress in das Material induziert. Die Stabilität und die Qualität von Leiterplatte und Bauteilen bleiben erhalten, da das an die Schneidkante angrenzende Material durch den Prozess kaum beeinflusst wird.

Leiterplatten mit Metallkern
Leiterplatten mit Metallkern setzen sich prinzipiell aus drei verschiedenen Schichten mit unterschiedlichen Materialdicken zusammen. Die einzelnen wärmeleitenden Materialien charakterisieren sich durch variierende Wärmeleitkoeffizienten, die die Materialien für unterschiedliche Anwendungsgebiete qualifizieren. (Bildquelle: LPKF)

Insulated Metal Substrate (IMS)

Eine spezielle, aber sehr effektive Möglichkeit zur Entwärmung von Bauteilen über die Leiterplatte bietet der Einsatz von IMS-Leiterplatten für einfache einlagige Schaltungen. Diese sind in der Regel aus Aluminiumträger, Isolationsschicht und Kupferfolie aufgebaut, wobei die Basismaterialien in unterschiedlichen Aufbauvarianten erhältlich sind.  

Wegen der sensiblen Anwendungen der technisch anspruchsvollen IMS-Leiterplatten sind die Anforderungen an die Schneidqualität hoch, aus diesem Grund ist verfahrensbedingt  eine Ablagerung von Metallspänen auf dem Material ausgeschlossen. Diese kann bei mechanischen Bearbeitungsmethoden wie etwa dem oft genutzten Fräsen entstehen und Kurzschlüsse auslösen. Eine Gefahr, die sich dank der LPKF-Lasertechnik vermeiden lässt. Die Zuverlässigkeit der lasergeschnittenen Leiterplatten ist genauso sicher wie vor dem Schneidprozess.

Wegen hoher Stückzahlen der jeweiligen Leiterplatten-Anwendungen ist die Prozessgeschwindigkeit ein wichtiger Faktor in der Produktion. Um dem Rechnung zu tragen, lassen sich mit den Lasersystemen sehr hohe effektive Schneidgeschwindigkeiten erreichen, die je nach gewünschter Qualität des Schnitts sowie der Materialstärke und Materialzusammensetzung der Leiterplatten variieren.

Insulated Metal Substrates bzw. Metallkern-Leiterplatten sind in einer Vielzahl von Anwendungsgebieten zu finden, die speziell durch gesteigerte Anforderungen an eine Wärmeabführung gekennzeichnet sind. Hierzu zählt zunächst die Leistungselektronik. Die generierte Wärme von Bauteilen wie LEDs und Transistoren kann problemlos gespreizt und weitergegeben werden. Der Wärmeleitwert der eingesetzten Isolationsschichten zwischen Kupferlage und Metallträger ist im Vergleich zu herkömmlichen FR4 Materialien um das 5 bis 10-fache höher.

Messwandler, Transistor-Arrays, Motoren-Treiber können mit IMS ausgestattet werden. Weitere wichtige Anwendungen von Metallkern-Leiterplatten finden sich im Automotive/Transport-Bereich bei Scheinwerfern/Beleuchtung, GPS, Leistungsmodulen. Auch in der Kommunikation sowie der Unterhaltungselektronik sind IMS heute unverzichtbar, etwa in Leistungsverstärkern, Transmittern, Mikrostreifen-Schaltungen, Motor- und Spannungsreglern, Verstärkern, Equalizern. Im Vergleich zu herkömmlichen Leiterplatten - beispielsweise aus FR4 - bieten IMS für die o.g. Anwendungen eine Bandbreite an Vorteilen: Hohe Wärmeleitfähigkeit, Einsparungen durch die Reduzierung von Materialstärke sowie der geringeren Notwendigkeit von Wärmesenken, reduzierte Betriebstemperatur.

Die Autorin

Petra Gottwald

Petra Gottwald, Chefredakteurin Productronic, nach Unterlagen von LPKF

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