Når man designer høyeffekt LED-applikasjoner møter kunder jevnlig problemet med å overføre varme fra LED-en til en kjøleribbe. For å oppnå dette kan kunder bruke metallkjerne kretskort (MCPCB) med kobber eller aluminium som basemateriale i stedet for standard FR4-materialer brukt i kretskortproduksjon. Problemet med å bruke kobber eller aluminium som basemateriale er dets elektriske ledningsevne, noe som gjør det nødvendig å ha et isoleringslag mellom signallaget og basematerialet. Dette isoleringslaget kalles det dielektriske laget. Kunder kan velge fra et bredt utvalg av isolerte metallsubstrater (IMS) basematerialer med termisk ledningsevne fra 2,2 W/m-k til 7,0 W/m-k og dielektriske tykkelser fra 60 µm til 150 µm. Selv om dette ofte er tilstrekkelig, kan noen høyeffektapplikasjoner kreve bedre varmeoverføring fra LED-en, inn i kretskortet og til slutt inn i en kjøleribbe festet til kretskortets underside. Termoelektrisk separasjon kobbersubstrater kan hjelpe betydelig ved direkte å kontakte signallaget til basematerialet, oppnå null termisk motstand og dermed maksimal varmeavledning inn i kobbersubstratet.
Forskjeller i lagoppbygging
Følgende bilder hjelper til med å illustrere forskjellene mellom et typisk MCPCB med kobbersubstrat og termoelektrisk separasjon kobber-MCPCB. Legg merke til signallaget og hvordan en komponent montert på den eksponerte overflatefinishen kan avlede varme inn i kobbersubstratet.
Typisk metallkjerne kretskort med kobbersubstrat og dielektrisk lag
Termoelektrisk separasjon metallkjerne kretskort med kobbersubstrat
Sammenligning av kobber med dielektriske lag
Den termiske ledningsevnen til kobber er omtrent 390 W/m-k. Sammenligning av dette med høyytende dielektriske materialer som 7,0 W/m-k viser umiddelbart hvor mye mer ytelsesdyktig et termoelektrisk-separasjon kobbersubstrat kan være, selv med de tynneste dielektriske materialene tilgjengelig på markedet.
Hvorfor er ikke dette standarden da?
Hvis termoelektrisk separasjon kobbersubstrater er så mye mer ytelsesdyktige enn standard kobbersubstrat basert MCPCB, hvorfor er ikke dette standarden da? Produksjon av termoelektrisk separasjon kobbersubstrat har betydelig høyere krav til produksjonsprosessen og teknologien. Som produksjonen av fleksible kort, rigid-flex kretskort og flerlagskort er mange ytterligere trinn nødvendige, mens produksjonen av "ordinære" aluminiumsubstrater og kobbersubstrater er mye enklere og sammenlignbar med produksjonen av enkeltsidig FR4-materiale. Dette ekstra arbeidet kan imidlertid lønne seg og være billigere enn dyre høyytende materialer som ikke kommer i nærheten av varmeavledningen.
Ytterligere trinn under kretskortproduksjon
- Kobbersubstratfolie skjæres til riktig størrelse for produksjon.
- Kobberfolien gjøres ru ved børsting, mikroetsing og andre metoder før substratet lamineres.
- Tørrfilm fotoresist påføres med streng kontroll av temperatur og trykk, polymeriserer det ved å bestråle det med ultrafiolett lys.
- Den beskyttende filmen strippes ved å bruke natriumkarbonatvannløsning før saltsyre og hydrogenperoksid brukes til å korrodere og fjerne eksponert kobber.
- Til slutt fjernes tørrfilm fotoresisten med vandig natriumhydroksidløsning før kretskortet kan ferdigstilles med loddemaskelaget og endelig overflatebehandling (som gull).
Vil du vite mer?
Mens vi fokuserer på kretskorttmontering hos Newmatik og ikke produserer egne kretskort internt, har vi flere kretskortleverandører i Tyskland, Europa og Kina som har forskjellige kretskort basematerialer for å passe til din spesifikke applikasjon. Bare kontakt oss for å diskutere dine krav.