Lors de la conception d'applications LED haute puissance, les clients font régulièrement face au problème de transfert de chaleur de la LED vers un dissipateur thermique. Pour y parvenir, les clients peuvent utiliser des PCB à noyau métallique (MCPCB) avec cuivre ou aluminium comme matériau de base au lieu des matériaux FR4 standard utilisés dans la fabrication PCB. Le problème avec l'utilisation de cuivre ou d'aluminium comme matériau de base est sa conductivité électrique, ce qui rend nécessaire d'avoir une couche d'isolation entre la couche de signal et le matériau de base. Cette couche d'isolation est appelée la couche diélectrique. Les clients peuvent choisir parmi une large gamme de matériaux de base substrat métallique isolé (IMS) avec conductivité thermique allant de 2,2 W/m-k à 7,0 W/m-k et épaisseurs diélectriques allant de 60 µm à 150 µm. Bien que cela soit souvent suffisant, certaines applications haute puissance peuvent nécessiter un meilleur transfert de chaleur de la LED, dans le PCB et finalement dans un dissipateur thermique attaché au côté inférieur du PCB. Les substrats de cuivre à séparation thermoélectrique peuvent aider significativement en contactant directement la couche de signal au matériau de base, atteignant une résistance thermique zéro et ainsi une dissipation thermique maximale dans le substrat de cuivre.
Différences d'Empilement de Couches
Les images suivantes aident à illustrer les différences entre un MCPCB typique avec substrat de cuivre et des MCPCB de Cuivre à Séparation Thermoélectrique. Faites attention à la couche de signal et à la façon dont un composant assemblé sur la finition de surface exposée peut dissiper la chaleur dans le substrat de cuivre.
PCB Noyau Métallique Typique avec Substrat Cuivre et Couche Diélectrique
PCB Noyau Métallique Séparation Thermoélectrique avec Substrat Cuivre
Comparaison Cuivre avec Couches Diélectriques
La conductivité thermique du cuivre est d'environ 390 W/m-k. Comparer cela aux matériaux diélectriques haute performance tels que 7,0 W/m-k montre immédiatement à quel point un substrat de cuivre à séparation thermoélectrique peut être plus performant, même avec les matériaux diélectriques les plus minces disponibles sur le marché.
Pourquoi Cela n'est-il Pas la Norme, Alors ?
Si les substrats de cuivre à séparation thermoélectrique sont tellement plus performants que les MCPCB standard basés sur substrat de cuivre, pourquoi cela n'est-il pas la norme alors ? La fabrication de substrat de cuivre à séparation thermoélectrique a des exigences significativement plus élevées sur le processus de production et la technologie. Comme la production de cartes flexibles, PCB rigides-flexibles et cartes multicouches, de nombreuses étapes supplémentaires sont nécessaires tandis que la production de substrats d'aluminium « ordinaires » et de substrats de cuivre est beaucoup plus simple et comparable à la production de matériau FR4 simple face. Cependant, ce travail supplémentaire peut être rentable et être moins cher que des matériaux haute performance coûteux qui n'approchent pas la dissipation de chaleur.
Étapes Supplémentaires pendant la Fabrication PCB
- Le film de substrat de cuivre est coupé à la taille appropriée pour la production.
- Le film de cuivre est rendu rugueux par brossage, micro-gravure et autres méthodes avant que le substrat soit stratifié.
- Le film sec photorésistant est appliqué avec des contrôles stricts de température et de pression, le polymérisant en l'irradiant avec de la lumière ultraviolette.
- Le film protecteur est dépouillé en utilisant une solution aqueuse de carbonate de sodium avant d'utiliser de l'acide chlorhydrique et du peroxyde d'hydrogène pour corroder et enlever le cuivre exposé.
- Enfin, le film sec photorésistant est enlevé avec une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium avant que le PCB puisse être fini avec la couche de masque de soudure et le traitement de surface final (tel que l'or).
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