Thermisches Management IMS-Materialien vergleichbar gemacht

Immer öfter kommen IMS-Basismaterialien (Insulated Metal Substrate) für Leiterplatten auch in Massenmärkten zum Einsatz – beispielsweise in Hybrid- und Elektrofahrzeugen. Dies erfordert einen neuen Industriestandard, um solche Substrate genau und vertrauenswürdig vergleichen zu können.

von Dave Sommervold, Engineering Manager für den Bereich Thermal Substrates bei Henkel Electronics Materials (ehemals Bergquist).

Thermisch optimierte Leiterplatten beziehungsweise IMS-Basismaterial kommt vor allem in den Bereichen Beleuchtungstechnik und hochleistungsfähige Antriebssteuerungen zum Einsatz. Hier ist der Platzbedarf für Elektroniksteuerungen oft begrenzt, zum Beispiel durch Standardgrößen von Leuchten oder durch Layout-Einschränkungen in Industriemaschinen und Fahrzeugen wie Gabelstaplern.

Im Vergleich zu herkömmlichem Laminat ermöglicht das Wärmeverhalten von IMS eine entsprechende Anpassung der Kühlkörper und ein Design für eine niedrige Chiptemperatur, um so die Zuverlässigkeit zu erhöhen. In einigen Anwendungen erübrigen sich damit sogar der Kühlkörper und die entsprechenden Befestigungen, was noch kleinere Systeme und eine einfachere Montage ermöglicht.

In der Vergangenheit wurde IMS als Nischentechnologie eingestuft, die von Entwicklern gewählt wird, die extrem hohe Anforderungen erfüllen müssen. Das rasante Wachstum im Markt für LED-Beleuchtung und die zunehmende Zahl an Hybrid- und Elektrofahrzeugen bringen diese Anforderungen nun in den Massenmarkt.

Die Nachfrage nach IMS wird steigen, und damit auch der Kostendruck auf neue Designprojekte. Dies wirkt sich auf verschiedene Weise aus: Erstens werden die Hersteller ihr IMS-Angebot diversifizieren, damit Kunden ein günstiges Preis-Leistungsverhältnis erzielen, wenn sie verschiedene Märkte und Anwendungen abdecken wollen. Zweitens werden neue IMS-Marken zu attraktiven Preisen am Markt erscheinen, die aber eine ungewisse Qualität und Leistungsfähigkeit aufweisen können.

Entwickler, die mit IMS arbeiten, müssen sich auf die Qualität und Leistungsfähigkeit des gewählten Materials verlassen können. Dies trifft vor allem auf die Dicke und elektrische Festigkeit des Dielektrikums zu, die sich auf die Sicherheit von Anwendungen mit hohen Betriebsspannungen auswirken. In LED-Beleuchtungen mit einer hohen Zahl an seriellen Emittern kann das Potenzial entlang des gesamten LED-Strangs einige Hundert Volt betragen. Bei diesen Betriebsspannungen kann eine Überspannung einen permanenten Ausfall eines schwachen Dielektrikums verursachen, was das Risiko eines Schaltkreisfehlers erhöht oder den Anwender der Gefahr eines Stromschlags aussetzt. Hinzu kommt, dass die dielektrischen Eigenschaften sowie andere Faktoren wie die Dicke der Metallbasis das Wärmeverhalten und somit die Gesamtzuverlässigkeit des Schaltkreises vorgeben.