Quando si progettano applicazioni LED ad alta potenza, i clienti affrontano regolarmente il problema di trasferire il calore dal LED in un dissipatore di calore. Per raggiungere questo obiettivo, i clienti possono utilizzare PCB a nucleo metallico (MCPCB) con rame o alluminio come materiale di base invece dei materiali standard FR4 utilizzati nella produzione di PCB. Il problema con l'utilizzo di rame o alluminio come materiale di base è la sua conduttività elettrica, che rende necessario avere uno strato isolante tra lo strato del segnale e il materiale di base. Questo strato isolante è chiamato strato dielettrico. I clienti possono scegliere da una vasta gamma di materiali di base a substrato metallico isolato (IMS) con conduttività termica che varia da 2,2 W/m-k a 7,0 W/m-k e spessori dielettrici che variano da 60 µm a 150 µm. Sebbene questo sia spesso sufficiente, alcune applicazioni ad alta potenza potrebbero richiedere un migliore trasferimento di calore dal LED, nel PCB e infine in un dissipatore di calore attaccato al lato inferiore del PCB. I substrati in rame a separazione termoelettrica possono aiutare significativamente contattando direttamente lo strato del segnale al materiale di base, raggiungendo una resistenza termica zero e quindi la massima dissipazione del calore nel substrato di rame.
Differenze nella stratificazione degli strati
Le seguenti immagini aiutano a illustrare le differenze tra un tipico MCPCB con substrato in rame e MCPCB in rame a separazione termoelettrica. Prestare attenzione allo strato del segnale e a come un componente assemblato sulla finitura superficiale esposta può dissipare il calore nel substrato di rame.
PCB tipico a nucleo metallico con substrato in rame e strato dielettrico
PCB a nucleo metallico a separazione termoelettrica con substrato in rame
Confronto tra rame con strati dielettrici
La conduttività termica del rame è di circa 390 W/m-k. Confrontando questo con materiali dielettrici ad alte prestazioni come 7,0 W/m-k mostra immediatamente quanto più performante possa essere un substrato in rame a separazione termoelettrica, anche con i materiali dielettrici più sottili disponibili sul mercato.
Perché questo non è lo standard, allora?
Se i substrati in rame a separazione termoelettrica sono molto più performanti degli MCPCB standard basati su substrato in rame, perché questo non è lo standard allora? La produzione di substrati in rame a separazione termoelettrica ha requisiti significativamente più elevati sul processo di produzione e sulla tecnologia. Come la produzione di schede flessibili, PCB rigid-flex e schede multistrato, sono necessari molti passaggi aggiuntivi mentre la produzione di substrati di alluminio "ordinari" e substrati di rame è molto più semplice e paragonabile alla produzione di materiale FR4 a singolo lato. Tuttavia, questo lavoro aggiuntivo può essere ripagato ed essere più economico dei costosi materiali ad alte prestazioni che non si avvicinano alla dissipazione del calore.
Passaggi aggiuntivi durante la produzione di PCB
- Il foglio di substrato di rame viene tagliato nelle dimensioni adeguate per la produzione.
- Il foglio di rame viene irruvidito mediante spazzolatura, microincisione e altri metodi prima che il substrato venga laminato.
- Il fotoresist a film secco viene applicato con controlli rigorosi di temperatura e pressione, polimerizzandolo irradiandolo con luce ultravioletta.
- Il film protettivo viene rimosso utilizzando una soluzione acquosa di carbonato di sodio prima di utilizzare acido cloridrico e perossido di idrogeno per corrodere e rimuovere il rame esposto.
- Infine, il fotoresist a film secco viene rimosso con soluzione acquosa di idrossido di sodio prima che il PCB possa essere finito con lo strato di maschera di saldatura e il trattamento superficiale finale (come l'oro).
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Mentre ci concentriamo sull'assemblaggio di PCB presso Newmatik e non produciamo i nostri PCB internamente, abbiamo diversi fornitori di PCB in Germania, Europa e Cina che hanno vari materiali di base per PCB per adattarsi alla vostra applicazione specifica. Basta contattarci per discutere le vostre esigenze.