Trecho do livro: Gerenciamento térmico com substratos metálicos isolados, Parte 4

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O seguinte é um trecho do Capítulo 4 do "Guia do Designer de Circuitos Impressos para... Gerenciamento Térmico com Substratos Metálicos Isolados", escrito por Didier Mauve e Ian Mayoh do Ventec International Group. Neste eBook gratuito, os autores fornecem aos projetistas de PCB as informações essenciais necessárias para entender as características térmicas, elétricas e mecânicas dos laminados de substrato metálico isolado.

Capítulo 4: Exemplos de Aplicação

Principais Áreas de AplicaçãoOs substratos metálicos isolados encontram muitas aplicações nos setores de LED automotivo e industrial, conversão de energia, iluminação geral, segurança nas ruas, unidade de luz de fundo e veículos elétricos (Figura 4.1).

Figura 4.1: Aplicações primárias para IMS.

faróis Unidades compactas de lâmpadas LED dão liberdade extra aos estilistas de automóveis. A iluminação brilhante em temperaturas de cor próximas à luz do dia oferece aos motoristas uma visão clara. No entanto, até 80% da energia elétrica fornecida é dissipada como calor, o que apresenta aos engenheiros sérios desafios de gerenciamento térmico.

Os faróis Matrix apresentam vários emissores espaçados em um único substrato. Um substrato de alta condutividade térmica, apresentando uma placa de base de alumínio ou cobre, e espessura dielétrica de cerca de 0,002" (0,05 mm) é uma escolha típica para garantir confiabilidade de longo prazo. Um dielétrico não reforçado minimiza tensões devido à incompatibilidade CTE entre o folha de cobre e placa de base de alumínio. Uma placa de base de cobre pode ser usada se a densidade da matriz for extremamente alta e a potência for muito alta para lidar com possíveis incompatibilidades de CTE. Refletores com várias placas, cada uma contendo dois ou três emissores, concentram o desafio térmico em substratos menores apresentando uma placa de base de alumínio e condutividade térmica geral de 2 a 3 W/mK, incluindo a camada dielétrica, que normalmente é de cerca de 0,003 a 0,004" (0,075 a 0,010 mm).

Sinalizadores automotivos LEDs para piscas estão tipicamente na faixa de potência de 3W. Uma unidade de três emissores dissipa cerca de 7 watts de energia térmica que deve ser extraída do componente. O IMS costuma ser a conexão térmica mais eficiente e econômica para o chassi metálico. Restrições extremas de tamanho e forma podem direcionar os projetistas para um substrato com condutividade térmica de 3 W/mK e dielétrico de 0,002" ou 0,003" (0,05–0,075 mm).

Acionamento por motor de alta potência para direção elétrica A direção assistida elétrica (EPS) e outros mecanismos acionados por motor, incluindo inversores de tração elétrica de alta potência em EVs, podem apresentar desafios de gerenciamento térmico ainda mais difíceis. As metas de tamanho e confiabilidade do módulo podem ser atendidas de maneira econômica usando um IMS de alto desempenho com condutividade térmica de 3 a 4,2 W/mK e dielétrico de 0,004" a 0,006" (0,10 a 0,15 mm). O cobre ligado diretamente (DBC) é uma alternativa. Em aplicações de potência extremamente alta, como inversores, os transistores de potência podem ser soldados à camada do circuito IMS/DBC como matriz nua e um dissipador de calor refrigerado a líquido conectado à placa de base. Em alguns módulos, como carregador integrado integrado (OBC) e unidades conversoras DC/DC para EVs, a placa de base é integrada a um chassi de metal fundido e a especificação determinada em consulta com a fundição.

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