Die Nachteile dieser Heat Sinks sind offensichtlich:

- zusätzliche Montagearbeit;
- beschränktes Platzangebot auf der Leiterplatte wird von Heat Sinks besetzt;
- da die Heat Sinks elektrische Leiter sind, ist eine ausreichende Isolierung von den Signallagen erforderlich um Kurzschlüsse zu vermeiden;
- Heat Sinks verursachen zusätzliches Gewicht und Volumen
der elektronischen Baugruppe.

Welche technischen Alternativen zu Heat Sinks gibt es?

a) Metallkern Leiterplatten (das Basismaterial ist Aluminium oder Kupfer selbst). Diese Metalle haben eine hohe spezifischen Wärmeleitfähigkeit: Kupfer – 400 W/mK, Aluminium – 200 W/mK, verglichen mit Epoxy Glasfaser, dem Leiterplattenbasismaterial, dessen Wärmeleitfähigkeit nur ca. 0.4 W/mK
beträgt. Nachteile von Metallkern Leiterplatten : Material und Verarbeitung hier
sind teuer, nur bei 1 (max. 2 -) Lagen Leiterplatten anwendbar.

b) Dicke Kupferfolie als „Thermo – Lagen“. Diese sind in Stärken bis zu 400 Mikron erhältlich. Sie können beim Mehrlagen – Aufbau als innere oder sogar äußere Lagen verwendet werden (mit Signallagen innen und isolierten Vias durch die Thermolagen). Nachteile : komplizierter Aufbau und höhere Kosten.

c) Eine neue und elegante Lösung ist die „Heat Sink Paste“ (auch „gedruckte Heat Sink“ genannt), die von Firma Lackwerke Peters GmbH + Co. KG, einem Hersteller in Deutschland für Leiterplatten – Chemikalien, angeboten wird. Das Aufbringen der Heat Sink Paste erfolgt mittels Siebdruck direkt auf die Leiterplatten, vergleichbar mit dem Auftragen von Lötpaste mit einer Lötpastenschablone, und Aushärten der Paste danach. Die Heat Sink Paste besteht aus festen Partikeln in einer Epoxidharz Basis und hat eine spezifische Wärmeleitfähigkeit von ca. 2 W/mK.

Die Vorteile der Heat Sink Paste sind wie folgt zu beschreiben:

- einfache Aufbringung mittels Siebdruck und Aushärtung wieüblich;
- die Position der Aufbringung kann entsprechen der Leiterbahnstruktur und stärke genau definiert werden;
- die Wärme wird vom Ort ihrer Entstehung abgeleitet;
- eine Möglichkeit, sogenannte „Heat Vias“ zu füllen;
- preiswert im Vergleich zu den Alternativen;
- kontinuierliche Wärmebeständigkeit bis 155 C;
- die Paste ist selbst elektrischer Isolator, daher keine Isolierung erforderlich.
- keine Schrumpfung beim Härten, mechanisch und chemisch beständig, auch betreffen Löt-Bad;
- feuerbeständig Klasse V0 nach UL.

Entwickler und Designer von Hochfrequenzschaltungen wissen, daß sie die Impedanz von Leiterbahnen errechnen und bei der Erstellung des CAD-Layoutes beachten müssen. Weniger geläufig ist, daß auch für viele "normale" Digitalschaltungen die Impedanz der Signalleiterbahnen und der Stromversorgung zunehmend eine funktionsentscheidende Rolle spielt. Die Ursache ist in den kürzer werdenden Schaltzeiten (Signal- Anstiegsflanken) moderner Bauelemente zu suchen. Obwohl für die praktische Anwendung nicht immer unbedingt erforderlich, rücken die Taktraten auf den Signalleitungen in den 100MHz-Bereich vor und die der Chips in den Gigahertz-Bereich. Die Schaltzeiten der assoziierten Chips fallen auf 1 bis 2 Nanosekunden oder sogar darunter. Im Endeffekt entstehen high-Speed-Schaltungen, für die physikalische Bedingungen berücksichtigt werden müssen, die bisher außer Acht gelassen werden konnten. Für die zuverlässige Funktion der zukünftigen Baugruppen müssen elementare Designregeln beachtet werden.

Wenn Sie darüber mehr wissen wollen, empfehlen wir Ihnen das Referat  "Impedanzen und Multilayer"  von  einem führenden Spezialisten auf diesem Gebiet - Arnold Wiemers von der ILFA Feinstleitertechnik GmbH.

Die richtige Leiterplatten - Produktionsweise ist entscheidend, um die Anforderungen einer guten Press-Fit (Einpress-) Verbindung zu erfüllen. Das Material und die Struktur der Leiterplatte hat dabei eine ebenso wichtige Bedeutung als die Technik der Press-Fit Zone selbst.
Der DIN Standart 41611, Abschnitt 5 „lötfreie elektrische Verbindungen – Einpressverbindungen“ behandelt die Spezifikation der erforderlichen Leiterplattenstruktur.
Der IPC Standart IPC-D-422 beinhaltet die Designregeln für starre Backplane – Press-Fit Leiterplatten.
Die entscheidenden Merkmale für die hohe Qualität einer Einpress – Verbindung liegen nicht nur darin, dass die Enddurchmesser der kontaktierten Löcher innerhalb zulässiger Toleranzen sind, sondern auch in einer korrekten Loch – Struktur.

Manchmal benötigen Sie für Ihre Leiterplatte ein Material mit spezieller Dielektrizitätskonstante (um gewünschte Impedanzen zu erzielen). Wir können Ihnen folgende auch preislich günstige Lösung eines Lagenaufbaus für ML Leiterplatten anbieten:

Anklicken zum Vergrößern DK von FR-4 ist 4.1-4.8, DK von Teflon ist 2.1 – 3.0.

Starr-flexibel mehrlagen Leiterplatten werden seit mehr als 25 Jahre hergestellt, jedoch haben sie bisher am kommerziellen Markt keine besondere Rolle gespielt, da man sie als "exotisch" und zu teuer eingeschätzt hat. Das liegt daran, dass man für starr-flexibel spezielle Kenntnisse für Design und Herstellung braucht und bei der Assemblierung und man beim Löten besondere Vorkehrungen treffen muss.

In den letzten Jahren sind starr-flexible Konstruktionen jedoch immer populärer geworden, hauptsächlich deshalb, da diese Technologie eine optimale Verbindung in einem System ergibt. Dieser Prozess wurde durch die steigende Nachfrage nach tragbaren elektronischen Geräten, die man kosteneffizient in kleinste Gehäuse unterbringen soll, beschleunigt. Zusätzlich sind die Kosten für flexible Materialien, resultierend aus der steigenden Produktion und Anzahl der Anbieter gesunken - beides wird diese faszinierende Technologie weiter voran treiben.
Die Komplexität von starr-flexibel PCB ist sehr angestiegen, insbesondere bei luftfahrt- und militärtechnischen Anwendungen. In solchen Fällen muss man beim schon Design der Leiterplatte die Aspekte der Herstellbarkeit berücksichtigen, um Ausfall oder mangelnde Zuverlässigkeit des Produkts, hohe Kosten, lange Produktionszeiten zu vermeiden. Vor allem in Fällen, wenn der Designer nur wenig Erfahrung betreffend des Herstellungsprozesses von starr-flexibel Leiterplatten hat, oder bei überdurchschnittlicher Komplexität ist es ratsam, den Hersteller schon bei Erstellung des Designs zu kontaktieren um es mit ihm abzustimmen. In einigen Fällen sind die Designs so herstellerspezifisch, dass andere Hersteller nicht in der Lage sind, das Board nachzubauen, ohne Modifikationen in Dimensionen oder in Materialaufbau vorzunehmen.

Sehr erfahren in Design und Herstellung von starr-flexiblen Leiterplatten ist die Firma DYCONEX AG, Schweiz. Mehr Details über die Technologie starr-flexibler Leiterplatten finden Sie hier.

Heutzutage steht man in der Elektronik - Produktion oft vor dem Problem der Wärmeerzeugung von Komponenten auf einer Leiterplatte (PCB). Wir beziehen uns auf eine Untersuchung von Bruce M. Guenin betreffend die Wärmeleitung in Leiterplatten, die typischer Weise eine Zusammensetzung von Kupferfolien und glasverstärkten Polymeren (FR-4) sind. Der berechnete Wert der Wärmeleitung ist in der Graphik unten dargestellt. Bei dieser Berechnung wurde angenommen, dass die Gesamtstärke der Leiterplatte ca. 1,6 mm ist und dass die Lagen nur aus Kupfer und FR-4 bestehen, mit entsprechenden Wärmeleitungskoeffizienten von 390 und 0,25 W/mK.

Kin plane - Warmeleitung entlang der Leiterplattenflache.
Kthrough - Warmeleitung durch die Leiterplatte hindurch

Mehr über Wärmeleitung in Leiterplatten finden Sie hier.

Außer Aluminium kann man noch Materialien wir Kupfer, kupferbeschichtetes Invar und kupferbeschichtetes Molybden als Basismaterial verwenden [1]. Aluminiumlegierungen werden am haufigsten verwendet, wegen der guten Warmeleitfahigkeit, mechanischen Stabilität, geringen Kosten und geringem Gewicht.

Wärmeleitfähigkeit und Thermische Ausdehnung von verschiedenen Basismaterialien fur Metall – Leiterplatten [2]:

Welche Gesichtspunkte sind bei der Materialwahl zu beachten?

• Koeffizient der thermischen Ausdehnung und Wärmeleitfahigkeit
  
• Koeffizient der thermischen Ausdehnung in Rücksicht auf Lötverbindungen
  
• Materialstärke, Steifigkeit und Gewicht
  
• Elektrische Verbindungen zu / durch die Basis - Lage
  
• Oberfächen Finish
  
• Kosten

Mehr daruber erfahren Sie hier.

Durch eine niedrigere Dielektrizitatskonstante können schnellere Taktgeschwindigkeiten und höhere Packungsdichten mit (ultra-)dünnen Laminatdicken unter Beibehaltung der Impedanz erzielt werden. Es ist jedoch der niedrige dielektrische Verlustfaktor, der High Speed Digital erfolgreich werden läßt: Signalleiter können länger werden, die Eingangsleistung kann verringert werden - und alles bei verbesserter Signalintegrität. Teflon™/Glasgewebe-Basismaterialien können mittels FR4-Prepregs gemeinsam mit FR4-Innenlagen zu Hybridmultilayern verpreßt werden. High Speed Digital-Leiterplatten sind typischerweise großformatige hochlagige Multilayer. Bis vor kurzem lag es an der mangelnden Verfügbarkeit von ultradünnen Laminaten sowie Prepregs, um Einkomponentenaufbauten zu ermöglichen. RF-35P ist eine konsequente Weiterentwicklung von RF-35, um auch dünnste Laminate bis hin zu 50 µm (0,05 mm) Dicke in Produktionsmengen herstellen zu können. Aufbauend auf dieser Technologie wurden dazu TacPreg TP-32-Prepregs entwickelt.

Fur weitergehende Informationen konnen Sie hier ein PDF File runterladen. Die Spezifikation fur das Material RF-35P Sie finden hier. Falls Sie die Leiterplatten unter Verwendung von Laminaten RF35P und (oder) Prepreg TacPrepreg TP-32 planen,
konnen Sie eine dementsprechende Anfrage an unserer Firma unverbindlich schicken.