Estratto del libro: Gestione termica con substrati metallici isolati, parte 4

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Quello che segue è un estratto dal capitolo 4 della "Guida del progettista di circuiti stampati alla... gestione termica con substrati metallici isolati", scritta da Didier Mauve e Ian Mayoh di Ventec International Group. In questo eBook gratuito, gli autori forniscono ai progettisti di PCB le informazioni essenziali necessarie per comprendere le caratteristiche termiche, elettriche e meccaniche dei laminati di substrati metallici isolati.

Capitolo 4: Esempi di applicazioni

Principali aree di applicazioneI substrati metallici isolati trovano molte applicazioni nei LED automobilistici e industriali, nella conversione di potenza, nell'illuminazione generale, nella sicurezza stradale, nelle unità di retroilluminazione e nei settori dei veicoli elettrici (Figura 4.1).

Figura 4.1: Applicazioni primarie per IMS.

Fari Le unità luminose a LED compatte offrono agli stilisti dell'auto una maggiore libertà. L'illuminazione brillante con temperature di colore prossime alla luce del giorno offre ai conducenti una visione chiara. Tuttavia, fino all’80% dell’energia elettrica fornita viene dissipata sotto forma di calore, il che pone gli ingegneri di fronte a gravi sfide di gestione termica.

I fari Matrix sono dotati di più emettitori ravvicinati su un unico substrato. Un substrato ad elevata conduttività termica, caratterizzato da una piastra base in alluminio o rame e uno spessore dielettrico di circa 0,002" (0,05 mm) è una scelta tipica per garantire affidabilità a lungo termine. Un dielettrico non rinforzato riduce al minimo i fattori di stress dovuti al disadattamento CTE tra il foglio di rame e piastra base in alluminio. Una piastra base in rame può essere utilizzata se la densità della matrice è estremamente elevata e la potenza è molto elevata per risolvere potenziali disallineamenti CTE. I faretti con più schede, ciascuna contenente due o tre emettitori, concentrano la sfida termica su substrati più piccoli caratterizzato da una piastra di base in alluminio e una conduttività termica complessiva di 2–3 W/mK compreso lo strato dielettrico, che tipicamente è di circa 0,003–0,004 pollici (0,075–0,010 mm).

Segnali di svolta automobilistici I LED per gli indicatori di direzione sono generalmente nella gamma di potenza 3 W. Un'unità a tre emettitori dissipa circa 7 watt di energia termica che deve essere estratta dal componente. L'IMS rappresenta spesso la connessione termica più efficiente ed economica al telaio metallico. Limiti estremi di dimensioni e forma possono indirizzare i progettisti verso un substrato con conduttività termica di 3 W/mK e dielettrico da 0,002" o 0,003" (0,05–0,075 mm).

Motore ad alta potenza per servosterzo elettrico Il servosterzo elettrico (EPS) e altri meccanismi azionati da motore, compresi gli inverter a trazione elettrica ad alta potenza nei veicoli elettrici, possono presentare sfide di gestione termica ancora più difficili. Gli obiettivi relativi alle dimensioni e all'affidabilità del modulo possono essere raggiunti in modo economicamente vantaggioso utilizzando un IMS ad alte prestazioni con conduttività termica di 3–4,2 W/mK e dielettrico da 0,004"–0,006" (0,10–0,15 mm). Un'alternativa è il rame legato direttamente (DBC). In applicazioni ad altissima potenza, come gli inverter, i transistor di potenza possono essere saldati allo strato del circuito IMS/DBC come die nudo e un dissipatore di calore raffreddato a liquido può essere fissato alla piastra base. In alcuni moduli, come il caricatore di bordo combinato (OBC) e le unità di conversione CC/CC per veicoli elettrici, la piastra di base è integrata con un telaio in metallo pressofuso e le specifiche determinate in consultazione con la fonderia.

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