Kupferkern-Heat-Sink-Leiterplatte

Bei diesem Beispielprojekt wurden auf einer Gesamtdicke von 4,2mm zwei 1,8mm Vollkupferflächen eingebettet und mit zusätzlichen Heat-Sink-Sacklöchern angebunden. Wie bei einem normalen 4-Lagen Multilayer verlaufen zwischen den Kernen zwei Signalinnenlagen. Es handelt sich um eine Kombination aus komplexer Schaltung mit integriertem Hochleistungswärmemanagement.

LED- und Hochleistungselektronik stellen große Herausforderungen an das Wärmemanagement von Leiterplatten dar. Während Aluminium-Platinen heute gängiger Standard sind, wurde hier für extreme Anforderungen ein Kupferkern-Heat-Sink-Multilayer hergestellt. Die massiven Kupferkerne wurden mit Heat-Sink- Sacklöchern an die Außenlagen angebunden, um eine optimale Wärmeableitung zu gewährleisten.

Unbehelligt vom Wärmemanagement befindet sich ein komplexer 4-Lagen Multilayer in diesem Aufbau. Die benötigten Anbindungen an Außenlagen wurden zuerst aus den Kupferkernen freigestellt, dann Isoliert, gebohrt und durchkontaktiert. Dank digitaler Z-Achsensteuerung für Sacklöcher können die Heat-Sinks sehr präzise gesetzt werden und die Packungsdichte des Multilayers wird kaum beeinträchtigt.

Die Innenlagen zur reinen Signalansteuerung wurde mit einem Standard 18µm Kupfer erstellt, während die Außenlagen mit 50µm hergestellt wurden, um den hohen Strömen dort gerecht zu werden. Das Hülsenkupfer der Durchkontaktierungen betrug trotz der enormen Lochtiefe von 4,2mm auch in der Mitte noch über 20µm.

Zum Verpressen wurde spezielles wärmeleitendes Prepreg mit einem Wärmeleitwert von 1,3W/mK verwendet. Dieses unterstützt auch auf Flächen ohne Heat-Sink-Sacklöcher die Wärmeabfuhr zum Kupfer-Massivkern hin. Übliche Wärmeleitwerte von Standard-Prepregs liegen bei nur 0,3…0,4W/mK.