FR-4 im Vergleich zu Aluminium-Leiterplatten: Ein Überblick über den gesamten Wärmepfad

Eine Leiterplatte aus Aluminium kann bei der Wärmeableitung von Nutzen sein, doch allein die Wahl des Grundmaterials ist noch kein Beweis dafür, dass ein Bauteil bei einer akzeptablen Temperatur betrieben werden kann. Vergleichen Sie die gesamten Leiterplattenkonstruktionen sowie den Wärmeabfuhrweg von der Wärmequelle zur Umgebungsluft oder zur Kühlvorrichtung.

Beschreiben Sie zunächst das thermische Problem

Erfassen Sie die Verlustleistung der Bauteile, die Betriebsbedingungen, die zulässige Temperatur am jeweiligen Messpunkt und den verfügbaren Einbauraum. Berücksichtigen Sie dabei die tatsächlichen Gegebenheiten hinsichtlich Gehäuse und Luftstrom. Ein auf einem offenen Prüfstand durchgeführter Test entspricht möglicherweise nicht den Bedingungen eines gekapselten Produkts.

Sollte es bei der aktuellen Konstruktion zu einer Überhitzung kommen, ermitteln Sie, wo die Temperatur gemessen wurde und unter welcher Belastung. Die Aussage “Die Platine fühlt sich heiß an” reicht nicht aus, um ein Material auszuwählen oder eine Verbesserung zu überprüfen. Achten Sie beim Vergleich von Prototypen auf eine einheitliche Messmethode.

Vergleiche Konstruktionen, nicht nur Materialbezeichnungen

Ein isoliertes Metallsubstrat besteht in der Regel aus einer Kupferschaltung, einem elektrisch isolierenden Dielektrikum und einer Metallbasis. Der Leitfaden zur Auswahl von „Thermal Clad“-Produkten veranschaulicht diesen Aufbau. Da das Dielektrikum Teil des Wärmepfads ist, lässt sich das thermische Verhalten nicht allein anhand des Grundmetalls ableiten. Bei einem Angebot für eine Aluminiumkonstruktion sollten die entsprechenden Anforderungen an das Dielektrikum und dessen Dicke angegeben werden.

FR-4- und Metallkern-Layouts können sich zudem hinsichtlich der Verlegungs- und Verbindungsmöglichkeiten unterscheiden. Prüfen Sie die erforderliche Schaltungskomplexität im Hinblick auf die vorgeschlagene Bauweise, bevor Sie davon ausgehen, dass die vorhandene Leiterplattenvorlage einfach auf einem anderen Trägermaterial hergestellt werden kann. Fordern Sie eine Beschreibung des Schichtaufbaus an, die sowohl für den Entwickler als auch für den Hersteller verständlich ist.

Die Schnittstelle zwischen Platine und Kühlkörper einbeziehen

Dokumentieren Sie die Kontaktfläche, die Befestigungsanordnung und etwaiges Wärmeleitmaterial zwischen der Leiterplatte und ihrem Träger. Selbst ein geeignetes Leiterplattenmaterial kann eine schlecht definierte mechanische Schnittstelle nicht ausgleichen. Auch die elektrische Isolierung, Befestigungslöcher und freiliegende Metalloberflächen müssen, soweit sie für das Produkt relevant sind, ausdrücklich überprüft werden.

Führen Sie einen kontrollierten Vergleich durch

• Die Belastung der Bauteile und die Bedingungen im Gehäuse sollten gleich bleiben.
• Legen Sie vor der Prüfung die Temperaturmesspunkte fest.
• Halten Sie den gesamten Aufbau für jede Probe fest.
• Verwenden Sie die vorgesehenen Befestigungselemente und das vorgesehene Dichtungsmaterial.
• Vergleichen Sie die Ergebnisse mit den Produktanforderungen und nicht nur untereinander.

Um ein Angebot zu erhalten, senden Sie uns bitte das Anwendungsszenario und die technische Zeichnung zusammen mit den Leiterplattendateien zu. Erkundigen Sie sich nach den verfügbaren Bauformen und eventuell erforderlichen Änderungen am Layout. Wählen Sie das endgültige Material erst nach Prüfung der vorgeschlagenen Bauform und der Prototypen aus, anstatt “Aluminium” als universelle Lösung für die Wärmeableitung anzusehen.

Technische Hinweise: Thermal Clad: isolierte Metall-Substrat-Konstruktion. Die lieferantenspezifischen Prozessgrenzen in der Referenz stellen keine DIYIPCB-Fertigungsverpflichtungen dar.