Al diseñar aplicaciones LED de alta potencia, los clientes enfrentan regularmente el problema de transferir calor del LED a un disipador de calor. Para lograr esto, los clientes pueden usar PCBs de núcleo metálico (MCPCB) con cobre o aluminio como material base en lugar de materiales FR4 estándar usados en fabricación de PCB. El problema con usar cobre o aluminio como material base es su conductividad eléctrica, lo que hace necesario tener una capa de aislamiento entre la capa de señal y el material base. Esta capa de aislamiento se llama capa dieléctrica. Los clientes pueden elegir de una amplia gama de materiales base de sustrato metálico aislado (IMS) con conductividad térmica que varía de 2.2 W/m-k a 7.0 W/m-k y espesores dieléctricos que van de 60 µm a 150 µm. Si bien esto es a menudo suficiente, algunas aplicaciones de alta potencia pueden requerir mejor transferencia de calor del LED, al PCB y finalmente a un disipador de calor adjunto al lado inferior del PCB. Los sustratos de cobre de separación termoeléctrica pueden ayudar significativamente al contactar directamente la capa de señal al material base, logrando resistencia térmica cero y así máxima disipación de calor al sustrato de cobre.
Diferencias de Apilamiento de Capas
Las siguientes imágenes ayudan a ilustrar las diferencias entre un MCPCB típico con sustrato de cobre y MCPCBs de Cobre de Separación Termoeléctrica. Preste atención a la capa de señal y cómo un componente ensamblado en el acabado superficial expuesto puede disipar calor al sustrato de cobre.
PCB de Núcleo Metálico Típico con Sustrato de Cobre y Capa Dieléctrica
PCB de Núcleo Metálico de Separación Termoeléctrica con Sustrato de Cobre
Comparando Cobre con Capas Dieléctricas
La conductividad térmica del cobre es aproximadamente 390 W/m-k. Comparar esto con materiales dieléctricos de alto rendimiento como 7.0 W/m-k inmediatamente muestra cuánto más eficiente puede ser un sustrato de cobre de separación termoeléctrica, incluso con los materiales dieléctricos más delgados disponibles en el mercado.
¿Por qué esto no es el estándar, entonces?
Si los sustratos de cobre de separación termoeléctrica son mucho más eficientes que el MCPCB estándar basado en sustrato de cobre, ¿por qué esto no es el estándar entonces? La fabricación de sustrato de cobre de separación termoeléctrica tiene requisitos significativamente más altos en el proceso de producción y tecnología. Como la producción de placas flexibles, PCB rígido-flex y placas multicapa, se necesitan muchos pasos adicionales mientras que la producción de sustratos "ordinarios" de aluminio y sustratos de cobre es mucho más simple y comparable a la producción de material FR4 de un solo lado. Sin embargo, este trabajo adicional puede valer la pena y ser más barato que materiales costosos de alto rendimiento que no se acercan a la disipación de calor.
Pasos adicionales durante la fabricación de PCB
- La lámina de sustrato de cobre se corta al tamaño adecuado para producción.
- La lámina de cobre se hace rugosa mediante cepillado, microataque y otros métodos antes de que el sustrato se lamine.
- Se aplica fotoresistente de película seca con controles estrictos de temperatura y presión, polimerizándolo irradiándolo con luz ultravioleta.
- La película protectora se retira usando solución acuosa de carbonato de sodio antes de usar ácido clorhídrico y peróxido de hidrógeno para corroer y remover cobre expuesto.
- Finalmente, el fotoresistente de película seca se remueve con solución acuosa de hidróxido de sodio antes de que el PCB pueda terminarse con la capa de máscara de soldadura y tratamiento superficial final (como oro).
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Si bien nos enfocamos en ensamblaje PCB en Newmatik y no producimos nuestros propios PCBs internamente, tenemos varios proveedores de PCB en Alemania, Europa y China que tienen varios materiales base de PCB para ajustarse a su aplicación específica. Solo contáctenos para discutir sus requisitos.