Da die Dichte elektrischer Komponenten auf Leiterplatten zunimmt, wird das Problem der Ableitung der von diesen Teilen erzeugten Wärme immer wichtiger. Übliche Lösungen sind sogenannte „Heat Sinks“, also Kühlkörper aus Metall (Aluminium oder Kupfer), die an Stellen auf der Leiterplatte angebracht werden, von denen die Wärme abgeführt werden soll. Die Nachteile dieser Kühlkörper liegen auf der Hand:

• zusätzlicher Montageaufwand;
• kostbarer Platz auf der Leiterplatte wird durch Kühlkörper ferngehalten;
• da es sich um elektrisch leitende Metalle handelt, ist eine ordnungsgemäße Isolierung von PCB-Schichten erforderlich, um Kurzschlüsse zu vermeiden;
• Kühlkörper, die zusätzliches Gewicht verursachen und das Volumen der Leiterplattenanordnung erhöhen.

Welche technischen Alternativen gibt es zu Kühlkörpern?

• Metallkern-Leiterplatten (Grundmaterial ist selbst eine Aluminium- oder Kupferlegierung – diese Metalle haben die höhere spezifische Wärmeleitfähigkeit (HC): Kupfer – 400 W/mK, Aluminium – 200 W/mK im Vergleich zu Epoxid-Glasfaser, dem Grundmaterial der Leiterplatte hat nur ca. 0,4 W/mK HC Nachteile: teuer in Material und Verarbeitung, nur 1 und max. 2 Layer PCB möglich.
• Dicke Kupferfolien als „Thermo – Layer“ … diese sind bis zu einer Dicke von 400 Mikron erhältlich. Sie können in Multilayer-Leiterplattenkonstruktionen als innere Lagen oder sogar als äußere Lagen (mit inneren Signallagen und isolierten Durchkontaktierungen durch den Thermo-Layer) verwendet werden. Nachteil: komplizierter Aufbau und höhere Kosten.
• Eine neue elegante Lösung ist die „Heat Sink Paste“ (auch „Printed Heat Sink“ genannt), die von einem deutschen Hersteller von Leiterplatten-Chemikalien Lackwerke Peters GmbH + Co KG, Deutschland, angeboten wird. Die Verarbeitung dieser Heat Sink Paste erfolgt durch Siebdruck direkt auf die Leiterplatte durch ein Sieb wie eine Lötpastenschablone und anschließendes Aushärten. Der HC des Pastex – es besteht aus festen Partikeln auf Basis eines Epoxidharzes – liegt bei 2 W/mK – da die Kontaktlöcher der Leiterplatte teilweise gefüllt sind, wird zusätzlich eine Wärmeableitung erreicht.

Die Vorteile einer solchen Wärmeleitpaste sind wie folgt:

• Einfache Anwendung durch Siebdruck und übliche Trocknungsmethoden;
• Hochauflösend für die Gestaltung variabler Strukturen und Schichtdicken;
• Wärme wird von der Quelle ihrer Entstehung abgeführt, Möglichkeit, Wärmedurchgangslöcher mit der Paste zu füllen;
• Wirtschaftliches Verfahren im Vergleich zu Alternativen;
• Dauerhitzebeständig bis 155° C;
• Elektrischer Isolator selbst (keine Isolierung erforderlich);
• Kein Volumenschrumpf, gute mechanische, chemische und Lötbadbeständigkeit;
• Flammklasse V0 nach UL.