Coole Konzepte Wärmemanagement und Kühlung in der Leiterplatte

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1 GLOBALISIERUNG NEW WORK MOBILITÄT INDIVIDUALISIERUNG URBANISIERUNG NEO-ÖKOLOGIE Coole Konzepte Wärmemanagement und Kühlung in der Leiterplatte SILVER SOCIETY KONNEKTIVITÄT NEUES LERNEN Ferdinand Lutschounig Product Manager GESUNDHEIT AT & S Austria Technologie & Systemtechnik Aktiengesellschaft Fabriksgasse 13 A-8700 Leoben Tel +43 (0) info@ats.net

2 GLOBALISIERUNG NEW WORK MOBILITÄT INDIVIDUALISIERUNG URBANISIERUNG NEO-ÖKOLOGIE Megatrends Coole Konzepte SILVER SOCIETY KONNEKTIVITÄT NEUES LERNEN GESUNDHEIT AT & S Austria Technologie & Systemtechnik Aktiengesellschaft Fabriksgasse 13 A-8700 Leoben Tel +43 (0) info@ats.net

3 Coole Konzepte Megatrends & Trends in der Elektroindustrie haben auch entsprechende Auswirkungen auf die Coolen Konzepte bei AT&S! 0 Coole Konzepte / Ferdinand Lutschounig / 11. AT&S Technologieforum 2

4 Anwendungsgebiete Automobilbereich - Mobilität, Neo-Ökologie und Konnektivität neue Antriebskonzepte, innovative Lichtlösungen und intelligente Kommunikationskonzepte Industriebereich - Urbanisierung, Individualisierung und Neo- Ökologie ressourcensparende und effizientere Lichtkonzepte, mit individuelleren Steuerlösungen Medizinbereich - Gesundheit und Silver Society bessere Diagnostik- und Therapiemethoden Coole Konzepte / Ferdinand Lutschounig / 11. AT&S Technologieforum 3

5 Coole Konzepte Woran denken wir dabei? Coole Konzepte / Ferdinand Lutschounig / 11. AT&S Technologieforum 4

6 Coole Konzepte Woran denken wir dabei bei Leiterplatten? Einseitig Zweilagig Einseitig Einlagig Flex auf Alu AT&S Thermal Conductive PCB Einseitig Mehrlagig Doppelseitig Zweilagig Thermo-Via Coole Konzepte / Ferdinand Lutschounig / 11. AT&S Technologieforum 5

7 Thermo-Via Thermo-Via Basislage sehr gute Wärmeleitfähigkeit über die Thermo- Vias Leistungsdichte abhängig von der möglichen Dichte an Thermo-Vias moderate Wärmespreizung, -verteilung über die n kombinieren von Signal- und Leistungsteil gute und bekannte Verarbeitbarkeit Basis-Lage FR4 Standard Dicke ungefüllt 0,1 1,6 mm gefüllt 0,5 1,6 mm Thermo-Vias Durchmesser gebohrt fertig 0,28 0,60 mm 0,15 0,45 mm Abstand Via zu Via > 0,2 mm Plating- Dicke > 15, 20, 25µm Ausführung ungefüllt gefüllt gefüllt & über-plated Coole Konzepte / Ferdinand Lutschounig / 11. AT&S Technologieforum 6

8 Thermo-Via (2) Das beste Ergebnis wird erzielt, wenn die Thermo-Vias direkt unter dem Thermo-Pad der LED liegen. Coole Konzepte / Ferdinand Lutschounig / 11. AT&S Technologieforum 7

9 Einseitig Einlagige basierend auf IMS (Insulated Metallic Substrates) moderate bis sehr gute Wärmeleitfähigkeit optimale Wärmespreizung, -verteilung hohe mechanische Stabilität Dielektrikum Basislage bei Kupfer als Basislage thermischer Ausdehnungskoeffizient (CTE) wie FR4 positives Verhalten bei Temperaturwechselbelastung deutlich höheres Gewicht optimale Isolation zwischen Layout- & Basislage Basis-Lage Aluminium 5052, 5754 Aluminium Dicke 0,8; 1,0; 1,5; 2,0 mm kombinieren von Signal- und Leistungsteil Kupfer C1100 erhöhte Leistungsdichte Kupfer Dicke 0,8 & 1,0 mm Dielektrikum Typen Pre-Preg Non Pre-Preg Wärmeleitfähigkeit 0,3 10 W/ mk Dicken µm Layout- Lage Kupferkaschierung 35, 70 & 105 µm Coole Konzepte / Ferdinand Lutschounig / 11. AT&S Technologieforum 8

10 Einseitig Zweilagig Pre-Preg Dielektrikum Basis-Lage erhöhte Layout-Dichte, bessere Entflechtungsmöglichkeit moderate bis gute Wärmeleitfähigkeit zw. unterster Layout-Ebene und Aluminium kompensierbar über den thermischen Wirkquerschnitt sehr gute Wärmeableitung bis zum Dielektrikum durch Thermo-Vias oder Durchkontaktierungen Basis-Lage Aluminium 5052, 5754 Dicke 0,8; 1,0; 1,5; 2,0 mm Dielektrikum Wärmeleitfähigkeit 0,3 2 W/ mk Dicke 40, 90 & 160 µm 2 Lagen PCB FR4 Standard Wärmeleitfähigkeit 0,3 W/ mk -> Thermo- Vias/Durchkontakt. Dicke > 75 µm Kupferkaschierung 35, 50 & 85 µm Coole Konzepte / Ferdinand Lutschounig / 11. AT&S Technologieforum 9

11 Einseitig Mehrlagig Pre-Preg Dielektrikum Basis-Lage noch höhere Layout-Dichte und noch bessere Entflechtungsmöglichkeit moderate Wärmeleitfähigkeit zwischen unterster Layout-Ebene und Aluminium kompensierbar über den thermischen Wirkquerschnitt sehr gute Wärmeableitung bis zum Dielektrikum durch Thermo-Vias oder Durchkontaktierungen Basislage Aluminium 5052, 5754 Dicke 0,8; 1,0; 1,5 mm Dielektrikum Wärmeleitfähigkeit 0,5 W/ mk Dicke 35 & 50 µm Mehrlagige LP FR4 Standard Wärmeleitfähigkeit 0,3 W/ mk -> Thermo Vias/ Durchkontakt./µVias Dicke >50 µm n Kupferkaschierung 18 & 35 µm Coole Konzepte / Ferdinand Lutschounig / 11. AT&S Technologieforum 10

12 Doppelseitig Einlagig Durchkontaktierung Dielektrikum Basis-Lage Dielektrikum zwei Bestückungsebenen Ansteuerung von der Rückseite erhöhte Layout-Dichte, bessere Entflechtungsmöglichkeit moderate Wärmeleitfähigkeit Basis-Lage Aluminium 5052, 5754 Dicke 1,0; 1,5; 2,0 mm Dielektrikum Wärmeleitfähigkeit 0,3 W/ mk Dicke 40, & 160 µm Kupferkaschierung 35, 50 & 85 µm Coole Konzepte / Ferdinand Lutschounig / 11. AT&S Technologieforum 11

13 Flex auf ALU Dielektrikum Bonding Lage Basis-Lage Verbindung vom Leistungsteil zum Steuer- bzw. Signalbereich über Flex-LP, damit keine zusätzlichen Verbindungskomponenten, höhere Zuverlässigkeit sehr gute Fixierbarkeit im starren Bereich moderate Wärmeleitfähigkeit gute & bekannte Verarbeitbarkeit als starre LP weitestgehend vergleichbare Parameter zu Standard LP Basis-Lage Aluminium 5052, 5754 Dicke Aluminium 0,8; 1,0; 1,5 mm Bonding Lage Flex LP Basis Wärmeleitfähigkeit 0,3-0,5 W/ mk Dicke 35, 50 & 70 µm Wärmeleitfähigkeit 0,3 W/ mk Dicke (PI) > 25 µm Layout- Lage Kupferkaschierung 18 & 35 µm Coole Konzepte / Ferdinand Lutschounig / 11. AT&S Technologieforum 12

14 HSMtec* n Pre-Preg Profile Core Draht Pre-Preg n partielle Erhöhung der Kupferquerschnitte in den Innen- und Außenlagen in Form von Profilen oder in Drähten Feinleiterstrukturen in Kombination mit Hochstromverbindungen kombinieren von Signal- und Leistungsteil sehr gute Wärmeleitfähigkeit im Bereich der erhöhten Kupferquerschnitten Mehrlagen LP Profile & Drähte Standard Design auf Anfrage *In Kooperation mit der Fa. Häusermann; Quelle: Fa. Häusermann Coole Konzepte / Ferdinand Lutschounig / 11. AT&S Technologieforum 13

15 Coole Konzepte Klassische Lösungen AT&S bietet Ihnen Individuelle Lösungen Coole Konzepte / Ferdinand Lutschounig / 11. AT&S Technologieforum 14

16 3- Dimensional Formbar auf Basis IMS (Insulated Metallic Substrates) Dielektrikum Basis-Lage Biegebereich einmal in Form biegbar, Basislage kann zur besseren Biegbarkeit im Biegebereich in der Dicke reduziert oder kerbgefräst werden Verbindung vom Leistungsteil zum Steuer- bzw. Signalteil über biegbaren Bereich, keine zusätzlichen Verbindungskomponenten, höhere Zuverlässigkeit sehr gute Fixierbarkeit moderate Wärmeleitfähigkeit, optimale Isolation zwischen Layout & Basislage Basislage Aluminium ,8; 1,0; 1,5 mm Dielektrikum flexibel Wärmeleitfähigkeit 0,3 0,7 W/ mk Dicken 20, 30 & 40 µm Kupferkaschierung 35 & 70 µm Coole Konzepte / Ferdinand Lutschounig / 11. AT&S Technologieforum 15

17 Chip on Miro* Einsatz bei COB (Chip on Board) Technologie direkter thermischer Pfad von LED auf die Basislage, damit optimale Wärmespreizung und Verteilung optimale Lichtreflexion hoch reflektierende Oberfläche Einsatz von Volums- Chips Dielektrikum Bonding Lage Basis-Lage Basis-Lage Aluminium Miro, MiroAg* Dicke 0,6 1,5 mm Bonding Lage Dicke > 25 µm Dielektrikum FR4 Standard Dicke µm ein- oder doppelseitig durchkontaktiert Kupferkaschierung 35, 70 µm * Materialien der Fa. Alanod Coole Konzepte / Ferdinand Lutschounig / 11. AT&S Technologieforum 16

18 Kombination von TC-PCB & HDI Multilayer Mulitlayer LED IMS-Substrat Sehr gute Wärmeleitfähigkeit Heat Sink Kombination von Signal- (hoch komplex, mehrlagig) mit partiellem Leistungsteil keine zusätzlichen Verbindungstechniken zwischen Signal- und Leistungsteil Durchgehende über beide LP Bereiche moderate bis sehr gute Wärmeleitfähigkeit zwei vollwertige Bestückungsebenen mehrere Entflechtungsebenen Kupfer als Basislage thermischer Ausdehnungskoeffizient (CTE) wie FR4 positives Verhalten bei Temperaturwechselbelastung Multilayer LP IMS LP nach Ätzen Standard Standard Basis-Lage Dicke Kupfer 1,0 mm nach Lötstopplack Coole Konzepte / Ferdinand Lutschounig / 11. AT&S Technologieforum 17

19 Kombinationen von HDI Mulitlayer & 2.5D Technologie n Pre-Preg Core direkter thermischer Pfad Pre-Preg n Kombination von Multilayer- und 2.5D Technologie, öffnen von Innenlagen zur optimalen Wärmeableitung von der Unterseite Kombination von Signal- (hoch komplex, mehrlagig) mit partiellem Leistungsteil optimale Wärmeableitung durch direkten thermischen Pfad zwei vollwertige Bestückungsebenen mehrere Entflechtungsebenen vermeiden von zusätzlichen Thermal Conductive PCBs Multilayer LP 2.5D Technologie Standard Standard Coole Konzepte / Ferdinand Lutschounig / 11. AT&S Technologieforum 18

20 Kombination von TC-PCB & Filled µvia Technologien Filled µvia direkter thermischer Pfad Dielektrikum Basis-Lage optimale Wärmeableitung durch direkten thermischen Pfad sehr gute Wärmespreizung, -verteilung Kupfer als Basislage thermischer Ausdehnungskoeffizient (CTE) wie FR4 positives Verhalten bei Temperaturwechselbelastung deutlich höheres Gewicht Basislage Kupfer C1100 Kupfer Dicke 0,8; 1,0 mm Dielektrikum Typen Pre-Preg Non Pre-Preg Wärmeleitfähigkeit 0,3 10 W/ mk Dicken µm Layout- Lage Kupferkaschierung 35 & 70 µm Filled µvia Durchmesser µm Füllgrad > 85% Coole Konzepte / Ferdinand Lutschounig / 11. AT&S Technologieforum 19

21 Direktem Thermischen Pfad direkter thermischer Pfad Dielektrikum Basis-Lage optimale Wärmeableitung durch direkten thermischen Pfad sehr gute Wärmespreizung, -verteilung Kupfer als Basislage thermischer Ausdehnungskoeffizient (CTE) wie FR4 positives Verhalten bei Temperaturwechselbelastung Basislage Kupfer C1100 Kupfer Dicke 0,8; 1,0 mm Dielektrikum Typen Pre-Preg Wärmeleitfähigkeit 0,3 W/ mk Dicken µm Kupferkaschierung 35, 70 µm einfache und zuverlässige Lösungsmöglichkeit Coole Konzepte / Ferdinand Lutschounig / 11. AT&S Technologieforum 20

22 Anwendungsmöglichkeiten Industrie Vielfalt an Technologien, Leiterplattenausführungen und Kombinationen Automotive Medizin Binden Sie uns frühestmöglich in Ihre Problemlösung ein Coole Konzepte / Ferdinand Lutschounig / 11. AT&S Technologieforum 21

23 AT&S first choice for advanced applications AT & S Austria Technologie & Systemtechnik Aktiengesellschaft Fabriksgasse13 A-8700 Leoben Tel +43 (0) info@ats.net