Extracto del libro: Gestión térmica con sustratos metálicos aislados, Parte 4

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El siguiente es un extracto del capítulo 4 de la "Guía del diseñador de circuitos impresos para... Gestión térmica con sustratos metálicos aislados", escrito por Didier Mauve e Ian Mayoh de Ventec International Group. En este libro electrónico gratuito, los autores brindan a los diseñadores de PCB la información esencial necesaria para comprender las características térmicas, eléctricas y mecánicas de los laminados de sustrato metálico aislado.

Capítulo 4: Ejemplos de aplicación

Principales áreas de aplicaciónLos sustratos metálicos aislados encuentran muchas aplicaciones en los sectores de LED automotriz e industrial, conversión de energía, iluminación general, seguridad vial, unidades de retroiluminación y vehículos eléctricos (Figura 4.1).

Figura 4.1: Aplicaciones primarias para IMS.

faros Las unidades de lámparas LED compactas brindan a los estilistas de automóviles una libertad adicional. La iluminación brillante a temperaturas de color cercanas a la luz del día brinda a los conductores una visión clara. Sin embargo, hasta el 80 % de la energía eléctrica suministrada se disipa en forma de calor, lo que presenta a los ingenieros serios desafíos de gestión térmica.

Los faros Matrix cuentan con múltiples emisores poco espaciados en un solo sustrato. Un sustrato de alta conductividad térmica, que presenta una placa base de aluminio o cobre, y un espesor dieléctrico de aproximadamente 0,002" (0,05 mm) es una opción típica para garantizar la confiabilidad a largo plazo. Un dieléctrico no reforzado minimiza los factores de estrés debido a la falta de coincidencia de CET entre el lámina de cobre y placa base de aluminio. Se puede usar una placa base de cobre si la densidad de la matriz es extremadamente alta y la potencia es muy alta para abordar posibles desajustes de CTE. Los focos con múltiples placas, cada una con dos o tres emisores, concentran el desafío térmico en sustratos más pequeños. con una placa base de aluminio y una conductividad térmica general de 2 a 3 W/mK, incluida la capa dieléctrica, que suele ser de aproximadamente 0,003 a 0,004" (0,075 a 0,010 mm).

Señales de giro automotrices Los LED para señales de giro suelen estar en el rango de potencia de 3W. Una unidad de tres emisores disipa alrededor de 7 vatios de energía térmica que debe extraerse del componente. IMS es a menudo la conexión térmica más eficiente y rentable para el chasis metálico. Las limitaciones extremas de tamaño y forma pueden dirigir a los diseñadores hacia un sustrato con una conductividad térmica de 3 W/mK y un dieléctrico de 0,002" o 0,003" (0,05–0,075 mm).

Accionamiento de motor de alta potencia para dirección asistida eléctrica La dirección asistida eléctrica (EPS) y otros mecanismos impulsados ​​por motor, incluidos los inversores de tracción eléctrica de alta potencia en los vehículos eléctricos, pueden presentar desafíos de gestión térmica aún más difíciles. Los objetivos de tamaño y confiabilidad del módulo se pueden cumplir de manera rentable utilizando un IMS de alto rendimiento con una conductividad térmica de 3–4,2 W/mK y un dieléctrico de 0,004"–0,006" (0,10–0,15 mm). El cobre ligado directo (DBC) es una alternativa. En aplicaciones de potencia extremadamente alta, como inversores, los transistores de potencia se pueden soldar a la capa del circuito IMS/DBC como una matriz desnuda y un disipador de calor refrigerado por líquido unido a la placa base. En algunos módulos, como el cargador integrado combinado (OBC) y las unidades convertidoras de CC/CC para vehículos eléctricos, la placa base está integrada con un chasis de metal fundido y la especificación se determina en consulta con la fundición.

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