IndustrieTreff - Thermal Management für IC/PCB/LED

IndustrieTreff

Thermal Management für IC/PCB/LED

ID: 198280

Kostengünstig der Wärme eine Abfuhr erteilen

(industrietreff) - Heraeus stellt mit der Stamped Circuit Board Technologie ein umfassendes Thermal Management Konzept vor. Damit lässt sich zuverlässig, schnell und kostengünstig die Wärme unter dem Chip abführen. Versuchsreihen beim Fraunhofer IZM zeigten auf, dass in der Technologie ein großes Potential steckt.

Die Stamped Circuit Board (SCB) Technologie kombiniert strukturierte Metall- und Kunststoffschichten für den Substrataufbau, z. B. von LEDs. Ähnlich wie bei Leiterplatten kann dieser Schichtaufbau aus glasfaserverstärktem Epoxidharz und Kupfer bestehen - aber die getrennte Strukturierung der beiden Materialien ermöglicht völlig neue Designkonzepte. Im Herstellungsprozess werden sowohl der Kunststoff als auch das Metall zunächst auf separaten Rollen verarbeitet und je nach Anforderung dabei strukturiert. Der anschließende Laminierprozess verbindet die Materialien dann passgenau miteinander.

Vorteile der SCB-Technik

Lichtstrom, Effizienz und Lebensdauer sind bei LEDs stark abhängig von der eigenen Sperrschichttemperatur (Junction-Temperature). Eine steigende Bauteiltemperatur wirkt sich negativ auf die Produktlebensdauer und Effizienz aus, deshalb kommt einem ausgeklügelten thermischen Management eine enorme Bedeutung zu. Hier leistet die SCB Technologie als Chipträger einen entscheidenden Beitrag für die elektrischen und thermischen Eigenschaften. Der Einsatz von verschiedensten Metallen bzw. Metalllegierungen übernimmt dabei eine entscheidende Schlüsselrolle in der Wärmeabfuhr.
SCB basiert vollständig auf einem Rolle zu Rolle (R2R) Konzept. Dies bietet sehr gute Möglichkeiten um die Produktion zu automatisieren, was wiederum zu niedrigen Herstellungskosten führt und auf Grund der verschiedensten Material- und Geometrievarianten sind auch neue Lösungen bzgl. des thermischen Managements möglich.

Der Anwendernutzen:
a)Herstellungsverfahren "Rolle zu Rolle": hohe Produktivität durch
hohen Automatisierungsgrad, das reduziert die Kosten




b)Vielseitige Stanztechnologie: Die Materialien lassen sich biegen, prägen und die entstandene Form stabilisiert das Substrat und fixiert die Linsen. Man kann auch gestanzte Kühlrippen herstellen und es ist eine Kontaktierung in verschiedenen Ebenen möglich (= Baugröße reduziert)
c)Wahlmöglichkeit verschiedenster Materialien und -dicken: je nach Anwendung lässt sich so das "kostenoptimierteste" Material wählen
d)Einfache Handhabung: durch das R2R Konzept kann der Anwender den Herstellungsprozess einfacher handhaben (gegenüber Standardtechnologien)
e)Schneller vereinzeln: nach dem Stanzen halten nur noch hauchdünne Stege die Strukturen, dadurch lassen sich die Teile einfach vereinzeln/trennen.

Versuche bestätigen den Erfolg

Der Hanauer Material- und Substratspezialist hat zwar das komplette Know-how für die AVT Produktion im eigenen Hause aber um eine unabhängige Standortbestimmung zu erhalten und aufzuzeigen was mit der SCB-Technologie alles möglich ist, wandte man sich an das Fraunhofer Institut IZM. Hauptuntersuchungspunkt war das Wärmeübergangsverhalten von LED-Systemen auf Basis der Stanz-Laminiertechnik (SCB) im Vergleich zu konventionellen Technologien.
Die Spezialisten betrachteten drei Substrat-Lösungen für den HB Modul-Aufbau: Printed Circuit Board, Spritzguß-Verbund (umspritzte Stanzteile), und Stamped Circuit Board. Nach der thermischen Analyse nahm man die Substrate differenziert unter die Lupe. Untersucht wurden u. a. der Aufbau, die allgemeinen sowie die Thermal Interface Materialien (TIM).

Weiterhin wurden die Einflussfaktoren auf das thermische Management untersucht. Dabei konzentrierte man sich auf:
1.den LED-Chip selbst (Aufbau, Dimensionen, Binning)
2.die LED-Chip Bestückung (Art der Verbindung: Leitkleben, Löten, Silber-Sintern etc.)
3.den Leiterplattenanschluss (Dimensionen) und
4.das Substrat (Technologie, Materialien und Dimensionen).

Letztendlich zeigte sich, dass in der SCB-Technologie im Bezug auf das thermische Management im Vergleich zur konventionellen Technologie ein großes Potential steckt.

Fazit
Durch das ausgeklügelte Wärmemanagement der SCB-Technologie lassen sich die die Produktlebensdauer und deren Effizienz erhöhen. Aber auch handfeste Produktionsmerkmale stehen bei der Technik im Vordergrund. Das "Rolle zu Rolle" Verfahren erhöht den Automatisierungsgrad und steigert die Produktivität, das reduziert die Kosten. Weil man getrennt strukturiert, lassen sich das Material und Design optimieren und so jeweils die positiven Eigenschaften der Materialien nutzen! Je nachdem ob der Einfluss auf die absolute Wärmekapazität (z.B. Kurzzeit-Anwendungen) oder der Einfluss auf die Wärmespreizung (Langzeit-Anwendungen) wichtig ist. Durch die Summe der positiven Eigenschaften behält das Modul so einen "kühlen Kopf", die Kosten werden gesenkt und die Lichtausbeute erhöht.


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andere Platingruppenmetallen sowie die Sondermetalle Rhenium, Tantal, Niob und Beryllium
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Ein globaler Verbund aus über 30 Gesellschaften umfasst Fertigungsstätten für
alle Stufen der Edelmetallgewinnung und ?verarbeitung. W. C. Heraeus nimmt im industriellen
Edelmetallhandel international eine herausragende Position ein.
Der Edelmetall? und Technologiekonzern Heraeus mit Sitz in Hanau ist ein weltweit tätiges
Familienunternehmen mit über 155?jähriger Tradition. Unsere Geschäftsfelder umfassen
die Bereiche Edelmetalle, Sensoren, Dentalprodukte, Biomaterialien, Quarzglas und Speziallichtquellen.
Mit einem Produktumsatz von rund 3 Mrd. EUR und einem Edelmetallhandelsumsatz
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