Egal ob im Fahrzeug, zur Raumbeleuchtung, bei Flutlichtanlagen oder medizinischen Produkten: LED-Anwendungen gewinnen in den letzten Jahren vermehrt an Bedeutung. Neben dem geringeren Stromverbrauch und der hohen Lebensdauer sind es die gute Lichtausbeute, flexible Designmöglichkeiten und vor allem die innovative Steuerfähigkeit, die der Technologie Auftrieb bescheren. Mit der ständigen Weiterentwicklung der Leuchtmittel kommt mittlerweile auch der Leiterplatte in LED-Produkten eine Rolle zu, die weit über die ursprüngliche Funktion als Träger elektronischer Bauteile hinausreicht. „In modernen LED Anwendungen übernimmt die Leiterplatte immer mehr und anspruchsvollere Funktionen. Deshalb müssen Leiterplatten- und LED-Hersteller auch intensiv zusammenarbeiten, um Anforderungen wie eine optimale Entwärmung oder besondere Reflexionseigenschaften zu erfüllen“, erklärt Ferdinand Lutschounig, Product Manager bei AT&S. Dadurch ermöglichen moderne LED-Leiterplatten zusätzliche Funktionalitäten wie zum Beispiel die optimale Ableitung der Abwärme, spezifische Reflexionseigenschaften für hohe Leuchtleistung oder die bestmögliche Ausnutzung des verfügbaren Bauraumes.
Optimale Entwärmung
Die Wärmeableitung bei LED-Leuchtmitteln erfolgt über die Leiterplatte. Dafür stehen zum einen das Leiterplatten-Basismaterial, ein Dielektrikum (eine nicht leitende Substanz) mit sehr moderaten Wärmeleitfähigkeitswerten und zum anderen Kupfer mit einer besseren Wärmeleitfähigkeit zur Verfügung. Bisher waren Thermovias (mechanisch gebohrte Durchkontaktierungen) zur Ableitung von Wärme in verschiedensten Varianten und einfachen Ausführungsformen der Metallkernleiterplatte in Verwendung und erfüllten die Anforderungen ausreichend. Zukünftig sind zunehmend hochkomplexe Aufbauten und Kombinationen bestehender und neuer Technologien gefragt, um größere Wärmemengen effizient abführen zu können.
Erweiterte Reflexionseigenschaften
Um ein Maximum an Leuchtleistung erreichen zu können, kommen unterschiedliche Oberflächenbeschichtungen und -materialien zum Einsatz. „Es ist zum Beispiel möglich, dass der Lötstopplack auch Reflexionseigenschaften übernimmt und so dazu beiträgt, dass die LED-Anwendung eine bestmögliche Leuchtkraft erzielt,“ so Lutschounig. „Dafür stehen entsprechende Lötstopplacke zur Verfügung, die höchste Reflexionseigenschaften erfüllen und gleichzeitig eine entsprechend hohe Farbstabilität aufweisen.“ Die Herausforderung liegt darin, dass die verwendeten Lacke zusätzlich zu den neuen Eigenschaften auch alle bisherigen Funktionalitäten erfüllen müssen.
Eine weitere Möglichkeit in diesem Zusammenhang ist die Verwendung eines hochreflektiven Basismaterials bei der Leiterplatte, um noch höhere Anforderungen an die Reflexionseigenschaften erfüllen zu können. Ein Beispiel dafür ist die Kombination des Leiterplatten-Basismaterials FR4 (ein Verbundwerkstoff aus Epoxidharz und Glasfasergewebe) und Aluminium mit einer speziellen, hochwertigen Beschichtung bei LED-Deckenleuchten.
Zusätzliche Funktionalität durch individuelles Design
Durch spezielle Designs beziehungsweise Aufbauten kann die Leiterplatte zusätzliche Funktionalitäten erfüllen. Wenn zum Beispiel in eine Multilayer-Leiterplatte mehrere Vertiefungen – so genannte Kavitäten – integriert werden, kann man so eine Reihe von Vorteilen realisieren: So wird etwa die optimale Wärmeableitung durch den kürzest möglichen Weg von der vorletzten auf die letzte Layout-Lage und den Einsatz von Kupfer in Form von Mikro-Durchkontaktierungen zur Wärmeableitung ermöglicht. Zusätzlich erlaubt der Verbau einer Kontaktfläche (Bond Pad) auf einer Innenlage den Schutz der Bonddrähte vor äußeren Einflüssen und die Kavität zur Aufnahme des LED Bauteils dient gleichzeitig als Rahmen für gegebenenfalls erforderliche Vergusslacke.“
„Diese Vorteile können aber nur realisiert werden, wenn Leiterplatten-, LED und Leuchtmodulhersteller bereits in einem frühen Entwicklungsstadium kooperieren“, so Ferdinand Lutschounig. Denn: „So können die jeweiligen Expertisen aus den unterschiedlichen Bereichen in das Design der der Komponenten, der Leiterplatten und des Endproduktes einfließen.“
