Unsere Entwicklungsarbeiten konzentrieren sich auf folgende Materialien: 1. Thermoplastische Folien und Platinen

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1 Unsere Entwicklungsarbeiten konzentrieren sich auf folgende Materialien: 1. Thermoplastische Folien und Platinen 2. Platinen (und Folien) aus nachwachsenden Rohstoffen 3. Platinen und Folien auf Basis keramischer Materialien mit dem Schwerpunkt Polysiloxan Dieser Beitrag berichtet über den Stand der Entwicklung von Polysiloxanmaterial für den Aufbau elektronischer Baugruppen. Grundsätzlich kann man elektronische Baugruppen in 3 Bereiche unterteilen. Diese 3 Bereiche unterscheiden sich durch die Leistungsdichte der Baugruppe, also durch die entstehende Verlustleistungswärme.

2 Bild 7 LED- Array mit Leistungs- LEDs auf Polysiloxanfolie

3 Bild 8 LED- Lauflicht auf Polysiloxanfolie

4 Bild 9 LED- Lauflicht mit Polysiloxanfolie ; Sandwichaufbau

5 Abschätzung der Leistungsdichte Leistungsdichte bei Darstellung alphanumerischer Zeichen mit mittlerer Leuchtdichte: Mittlere Anzahl der eingeschalteten LEDs/Segment 15 Leistung einer LED (elektrische Leistung) 50 mw Mittlere Gesamtleistung pro Segment 750 mw Fläche pro Segment cm2 36 Mittlere Leistungsdichte 20 mw/ cm 2 Auf Platinen maximal zulässig 60 mw/ cm 2 Leistungsdichte bei hell leuchtenden Sonderzeichen 130 mw/ cm 2. Auf Polysiloxanfolie, welche mit Aluminiumblech unterlegt ist, kann diese Leistungsdichte von 130 mw/cm 2 problemlos zugelassen werden. Gute thermische Eigenschaften sind bei LED- Konzepten mit höherer Leistungsdichte ein wichtiger Parameter. Die Leistungsdichte auf Polysiloxanfolie kann mit geeigneten Maßnahmen (Kühlkörper plus Lüfter; eventuell Sonderausführung der Folie mit höherer Wärmeleitfähigkeit) bis auf 3 W/cm 2 gesteigert werden.

6 Hochfrequenzchirurgie- Gerät Polysiloxanfolie mit Polymerpastendruck

7 Hochfrequenzchirurgie- Gerät Bestückte Polysiloxanfolie mit Polymerpastendruck

8 Hinweis auf HTT- Projekt Im Verbundvorhaben Entwicklung von thermoplastischen Leiterplatten als Beitrag zur Kreislaufwirtschaft werden hochtemperaturfeste thermoplastische Platinen (HTT- Platinen) entwickelt. Projektträger DLR Bonn Es werden u. a. Platinen mit geschäumtem Kern und beidseitig auflaminierten kupferbeschichteten Folien hergestellt Eigenschaften der Platinen: Geringes Gewicht Niedrige Dielektrizitätskonstante Geringer elektrischer Verlustfaktor Möglichkeit der thermischen und mechanischen Nachverformung

9 Hinweis auf ARBOFORM- Projekt Ein Verbundvorhaben Entwicklung von elektrischen Baugruppen auf Verdrahtungsträgern aus nachwachsenden Rohstoffen Projektträgerschaft: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. Ziel des Vorhabens: Herstellung von Leiterplatten aus nachwachsenden Rohstoffen Substitution der synthetischen Harzsysteme, wie z. B. Phenolharze und Epoxidharze Das Eigenschaftsprofil der phenolharz- gebundenen Leiterplatten (FR2) soll erreicht werden. Herstellung doppelseitig durchkontaktierter Verdrahtungsträger Die Anforderungen an zukünftige umweltverträgliche Leiterplatten, z. B. bleifreie Verbindungstechnik, sollen erfüllt werden. Ausgangspunkt: ARBOFORM ; thermoplastischer Kunststoff der Firma Tecnaro, Eisenach, Die Matrix des Werkstoffs ARBOFORM besteht aus Lignin, welches als Koppelprodukt im Zellstoffaufschlussprozess gewonnen wird.

10 Hinweis auf Twinflex - Projekt Leiterplatten der Zukunft Firma Würth Elektronik GmbH Grundprinzip: Aufbau elektronischer Baugruppen als Zweielement- Verbundsystem Foliensystem (als Träger der Leiterbahnen und Bauteile) -Trägersystem (elektrisch nicht relevantes Material mit geeigneten mechanischen und thermischen Eigenschaften) Aufbauvarianten: Flexible Leiterplatte Starr- flexible Leiterplatte Starre Leiterplatte als ebener Träger (ähnlich HTT- Platine) oder dreidimensionaler Träger (ähnlich MID) Umweltrelevante Vorteile: Schadstofffrei Geringer Materialeinsatz Problemloses Recycling Optimierung an das Anforderungsprofil der Applikation

11 Kombination von HTT- Platinen mit Polysiloxanfolien Demonstrator für die Kombination von thermisch nachverformter thermoplastischer Platine mit Polysiloxanfolie Hiermit sind gewichtsmäßig optimierte Baugruppen realisierbar, welche auch bei den Parametern Gefahrstoffminimierung Recycelbarkeit Thermisches Verhalten konventionellen Konzepten überlegen sind

12 Zusammenfassung 1. Aufbaukonzepte mit Polysiloxanfolie sind für elektronische Baugruppen im Bereich höherer Leistungsdichten gut geeignet 2. Aufbaukonzepte mit thermoplastischen Platinen und Folien sind für elektronische Baugruppen mit geringerer Leistungsdichte geeignet 3. Kombinationen der Polysiloxanfolie mit thermoplastischen Materalien sind für viele Applikationen sinnvoll 4. Platinen (und Folien) aus nachwachsenden Rohstoffen sind in Entwicklung 5. TWINflex der Firma Würth Elektronik GmbH bietet flexible Aufbaukonzepte

13 Elektronische Baugruppen mit hoher Verlustleistung Diese Gruppe umfasst alle elektronischen Schaltungen, bei denen Maßnahmen zur Abführung der Verlustleistung erforderlich sind. Nach unseren Untersuchungen sollten diese Baugruppen grundsätzlich nicht auf duroplastischem Material aufgebaut werden. Für diese Baugruppen ist temperaturstabiles, wärmeleitfähiges Material geeignet. Polysiloxan erfüllt diese Voraussetzungen. Beispiel 1 Leistungstreiberstufe für Laseranwendung (hochfrequente Amplitudenmodulation von Laserlicht) elektrische Parameter: Amplitude 50 V ss ; Frequenz 100MHz; kapazitive Belastung 30 pf Verlustleistung bis zu 30 W. Außenabmessungen 70 mal 50 mal 25 mm hohe Anforderungen an die EMV- Festigkeit Die Verlustleistungswärme muss mittel Wärmeleitung (Konduktion) durch das Trägermaterial und das Gehäuse abgeführt werden.

14 Bild 1 Lasertreiber; komplettierte Baugruppe

15 Bild 2 Geöffnetes Gehäuse mit eingelegter Polysiloxanfolie

16 Bild 3 Bestückte Polysiloxanfolie

17 Bild 4 LED- Array mit Polysiloxanfolie

18 Bild 5 LED- Array mit Polysiloxanfolie für höhere Leistung

19 Bild 6 Lichtgeber für optische Positioniersysteme