Μεταλλικά υποστρώματα πυρήνων (IMS): ο "σωτήρας θερμότητας" για τα LED

Περιεχόμενο

• Βασικά συμπεράσματα.
• Η κρίσιμη ανάγκη για αποτελεσματική διάχυση θερμότητας στα LED
• Τι είναι τα υποστρώματα μεταλλικών πυρήνων (IMS);
• Τεχνικά χαρακτηριστικά και μηχανισμοί μεταφοράς θερμότητας του IMS
• ΙΜΣ έναντι παραδοσιακών PCB: Συγκριτική ανάλυση
• Πραγματικές εφαρμογές του IMS σε LEDs και Power Modules
• Οι κορυφαίοι κατασκευαστές και η υιοθέτηση της βιομηχανίας
• Προκλήσεις και μελλοντικές εξελίξεις
• Γενικές ερωτήσεις

Βασικά συμπεράσματα.

1Τα υποστρώματα μεταλλικών πυρήνων (IMS) είναι απαραίτητα για εφαρμογές LED υψηλής ισχύος, παρέχοντας 5 έως 10 φορές υψηλότερη αποτελεσματικότητα διάσπασης θερμότητας σε σύγκριση με τα παραδοσιακά FR4 PCB.
2Τα IMS με βάση το αλουμίνιο και το χαλκό είναι οι πιο συνηθισμένοι τύποι, χρησιμοποιώντας μονωτικά στρώματα με κεραμικά γεμιστικά για την αποτελεσματική μεταφορά θερμότητας.
3Το.IMS διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο σε εφαρμογές όπως οι προβολείς LED και οι μονάδες φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων, εξασφαλίζοντας την αξιοπιστία των εξαρτημάτων και τη μακροζωία τους.

Η κρίσιμη ανάγκη για αποτελεσματική διάχυση θερμότητας στα LED

Στον τομέα του σύγχρονου φωτισμού και της ηλεκτρονικής ενέργειας, οι διόδοι εκπομπής φωτός (LED) έχουν φέρει επανάσταση στη βιομηχανία με την ενεργειακή τους απόδοση και τη μακρά τους διάρκεια ζωής.Καθώς η τεχνολογία LED προχωρά προς υψηλότερη ισχύ για εφαρμογές όπως οι προβολείς αυτοκινήτων και ο βιομηχανικός φωτισμόςΗ υπερβολική θερμότητα μπορεί να μειώσει σημαντικά την απόδοση των LED, να μειώσει την φωτεινή αποτελεσματικότητα και να μειώσει τη διάρκεια ζωής τους.σε ηλεκτρονικές συσκευές υψηλής ισχύος, όπως μονάδες φόρτισης ισχύος ηλεκτρικών οχημάτων (EV)Η αποτελεσματική διάχυση της θερμότητας είναι ζωτικής σημασίας για την πρόληψη των βλαβών των εξαρτημάτων και την εξασφάλιση ασφαλείας της λειτουργίας.

Τι είναι τα υποστρώματα μεταλλικών πυρήνων (IMS);

Τα υποστρώματα μεταλλικών πυρήνων είναι εξειδικευμένα υλικά εκτυπωμένων κυκλωμάτων που έχουν σχεδιαστεί για να ενισχύσουν την εξαφάνιση της θερμότητας.Τα υποστρώματα αυτά αποτελούνται από τρία κύρια στρώματαΗ μεταλλική βάση χρησιμεύει ως απορροφητής θερμότητας, ενώ το μονωτικό στρώμαΣυχνά γεμάτο με κεραμικά υλικάΑυτή η μοναδική δομή επιτρέπει την αποτελεσματική μεταφορά θερμότητας από τα μέρη που παράγουν θερμότητα,όπως LED ή ημιαγωγούς ισχύος, στο περιβάλλον.

Τεχνικά χαρακτηριστικά και μηχανισμοί μεταφοράς θερμότητας του IMS

Σύνθεση υλικού
1.Χάλυβα βάσης: Το αλουμίνιο είναι το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο μέταλλο λόγω της καλής θερμικής του αγωγιμότητας (περίπου 200 - 240 W/m·K), του ελαφρού βάρους του και της οικονομικής του απόδοσης.προσφέρει ακόμη υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα (400 W/m·K), καθιστώντας το κατάλληλο για εφαρμογές με εξαιρετικά υψηλά θερμικά φορτία, αν και είναι ακριβότερο και βαρύτερο.
2.Απομονωτικό στρώμα: Το απομονωτικό στρώμα είναι συνήθως κατασκευασμένο από polymer matrix γεμάτο με κεραμικά σωματίδια, όπως οξείδιο του αλουμινίου ή νιτρίδιο του αλουμινίου.Αυτά τα κεραμικά συμπληρώματα ενισχύουν τη θερμική αγωγιμότητα του μονωτικού στρώματος διατηρώντας παράλληλα τις ιδιότητες ηλεκτρικής μόνωσης.

Διαδικασία μεταφοράς θερμότητας

Όταν η θερμότητα παράγεται από τα εξαρτήματα που είναι τοποθετημένα στο IMS, η θερμότητα προχωρά πρώτα μέσω του άνω στρώματος χαλκού στο μονωτικό στρώμα.Το κεραμικό στρώμα μόνωσης μεταφέρει τη θερμότητα στη μεταλλική βάσηΤέλος, η μεταλλική βάση εξαλείφει τη θερμότητα στον περιβάλλοντα αέρα μέσω της σύμπραξης και της ακτινοβολίας.Αυτός ο πολυεπίπεδης μηχανισμός μεταφοράς θερμότητας εξασφαλίζει ότι η θερμότητα απομακρύνεται γρήγορα από τα εξαρτήματα, διατηρώντας τις θερμοκρασίες λειτουργίας τους εντός ασφαλών ορίων.

ΙΜΣ έναντι παραδοσιακών PCB: Συγκριτική ανάλυση

Πραγματικές εφαρμογές του IMS σε LEDs και Power Modules

Φώτα LED
Στα φώτα LED των αυτοκινήτων, το IMS χρησιμοποιείται ευρέως για τη διαχείριση της θερμότητας που παράγεται από τις συστοιχίες LED υψηλής ισχύος.οι προβολείς LED απαιτούν αποτελεσματική διάχυση θερμότητας για τη διατήρηση σταθερής φωτεινότητας και την πρόληψη πρόωρης βλάβηςΤο IMS με βάση το αλουμίνιο παρέχει μια αποτελεσματική λύση, εξασφαλίζοντας ότι τα LED μπορούν να λειτουργούν συνεχώς για πολλές ώρες χωρίς υπερθέρμανση.

Ενότητες ενέργειας φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων
Οι σταθμοί φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων, ιδιαίτερα οι φορτιστές υψηλής ισχύος, βασίζονται στο IMS για τις μονάδες ισχύος τους.Οι ηλεκτρικές μονάδες του φορτιστή (OBC) της Tesla χρησιμοποιούν το IMS για να εξαλείψουν τη θερμότητα που παράγεται κατά τη διαδικασία φόρτισης.Η υψηλή θερμική αγωγιμότητα των IMS συμβάλλει στη διατήρηση της αξιοπιστίας των ημιαγωγών ισχύος, όπως τα IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors),που είναι κρίσιμα για την αποτελεσματική μετατροπή ισχύος σε φορτιστές EV.

Οι κορυφαίοι κατασκευαστές και η υιοθέτηση της βιομηχανίας

Πολλοί κατασκευαστές είναι στην πρώτη γραμμή της παραγωγής υψηλής ποιότητας IMS.και Shengyi Technology προσφέρουν μια σειρά από προϊόντα IMS με διαφορετικές προδιαγραφές για να ανταποκριθούν σε διάφορες απαιτήσεις εφαρμογήςΚαθώς η ζήτηση για ενεργειακά αποδοτικό φωτισμό και ηλεκτρονικά υψηλής ισχύος συνεχίζει να αυξάνεται, η υιοθέτηση του IMS αυξάνεται ραγδαία σε όλες τις βιομηχανίες.

Προκλήσεις και μελλοντικές εξελίξεις
1Κόστος: Το σχετικά υψηλό κόστος των IMS σε σύγκριση με τα παραδοσιακά PCB παραμένει μια πρόκληση, ιδίως για εφαρμογές που είναι ευαίσθητες στο κόστος.Καθώς αυξάνονται οι όγκοι παραγωγής και βελτιώνονται οι διαδικασίες παραγωγής, τα έξοδα αναμένεται να μειωθούν.
2.Πολύπλοκη σχεδίαση: Ο σχεδιασμός με IMS απαιτεί προσεκτική εξέταση της θερμικής διαχείρισης και της ηλεκτρικής απομόνωσης.Οι μηχανικοί πρέπει να βελτιστοποιήσουν τη διάταξη για να εξασφαλίσουν τη μέγιστη απώλεια θερμότητας και να αποτρέψουν τις ηλεκτρικές παρεμβολές.
3.Μαλλοντικές τάσεις: Η έρευνα συνεχίζεται για την ανάπτυξη IMS με ακόμη υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα και καλύτερες ιδιότητες ηλεκτρομόνωσης.η ενσωμάτωση του IMS με άλλες προηγμένες τεχνολογίες ψύξης, όπως η ψύξη με υγρό, μπορεί να ενισχύσει περαιτέρω τις δυνατότητες διάσπασης θερμότητας.

Γενικές ερωτήσεις
Γιατί το IMS είναι καλύτερο από τα παραδοσιακά PCB για εφαρμογές LED;
Τα IMS προσφέρουν σημαντικά υψηλότερη αποδοτικότητα διάσπασης θερμότητας, η οποία είναι απαραίτητη για τα LED υψηλής ισχύος.που οδηγεί σε υποβάθμιση της απόδοσης και μειωμένη διάρκεια ζωής.
Μπορεί το IMS να χρησιμοποιηθεί σε εφαρμογές χαμηλής ισχύος;
Ενώ το IMS έχει σχεδιαστεί κυρίως για εφαρμογές υψηλής ισχύος, μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε εφαρμογές χαμηλής ισχύος όπου επιθυμείται καλύτερη διαχείριση της θερμότητας.η οικονομική αποτελεσματικότητα μπορεί να είναι ένας παράγοντας που πρέπει να ληφθεί υπόψη για σενάρια χαμηλής ισχύος.
Πώς εξαρτάται η επιλογή μεταξύ IMS αλουμινίου και χαλκού από την εφαρμογή;
Το IMS από αλουμίνιο είναι κατάλληλο για τις περισσότερες γενικές εφαρμογές υψηλής ισχύος λόγω της καλής θερμικής αγωγιμότητας, του ελαφρού βάρους και της οικονομικής αποτελεσματικότητας.Το IMS από χαλκό προτιμάται για εφαρμογές με εξαιρετικά υψηλά θερμικά φορτία, όπως οι τροφοδοσίες ηλεκτρικής ενέργειας των υψηλού επιπέδου διακομιστών ή η αεροδιαστημική ηλεκτρονική, όπου η ανώτερη θερμική αγωγιμότητά του μπορεί να κάνει σημαντική διαφορά.

Τα Metal Core Substrates (IMS) έχουν αποδειχθεί απαραίτητα στον κόσμο των υψηλής ισχύος LEDs και των ηλεκτρονικών συσκευών.Η ικανότητά τους να εξαλείφουν αποτελεσματικά τη θερμότητα τους καθιστά "σωτήρες θερμότητας" για εφαρμογές όπου η αξιόπιστη απόδοση και η μακροζωία των εξαρτημάτων είναι κρίσιμεςΚαθώς η τεχνολογία συνεχίζει να εξελίσσεται, το IMS πιθανότατα θα διαδραματίσει ακόμη πιο σημαντικό ρόλο στην προώθηση της καινοτομίας στον τομέα του φωτισμού και της διαχείρισης της ενέργειας.