Sottostrati di nuclei metallici (IMS): il "salvatore di calore" per i LED

CONTENUTO

• I punti chiave
• La necessità critica di una dissipazione efficiente del calore nei LED
• Che cosa sono i substrati a nucleo metallico (IMS)?
• Caratteristiche tecniche e meccanismi di trasferimento di calore dell'IMS
• IMS contro PCB tradizionali: un'analisi comparativa
• Applicazioni reali di IMS in LED e moduli di alimentazione
• Produttori leader e adozione da parte dell'industria
• Sfide e sviluppi futuri
• FAQ

I punti chiave

1.I substrati a nucleo metallico (IMS) sono essenziali per le applicazioni LED ad alta potenza, fornendo un'efficienza di dissipazione del calore da 5 a 10 volte superiore rispetto ai tradizionali PCB FR4.
2Gli IMS a base di alluminio e di rame sono i tipi più comuni, che sfruttano strati isolanti con riempitivi in ceramica per trasferire efficacemente il calore.
3.IMS svolge un ruolo cruciale in applicazioni quali fari a LED e moduli di ricarica di veicoli elettrici, garantendo l'affidabilità e la longevità dei componenti.

La necessità critica di una dissipazione efficiente del calore nei LED

Nel campo dell'illuminazione moderna e dell'elettronica di potenza, i LED hanno rivoluzionato l'industria grazie alla loro efficienza energetica e alla loro lunga durata.come la tecnologia LED avanza verso potenze più elevate per applicazioni come fari automobilistici e illuminazione industrialeLa gestione del calore diventa una sfida critica: il calore eccessivo può ridurre significativamente le prestazioni dei LED, ridurne l'efficacia luminosa e accorciarne la durata di funzionamento.in dispositivi elettronici ad alta potenza quali i moduli di ricarica del veicolo elettrico (EV)Per evitare guasti dei componenti e garantire un funzionamento sicuro, è fondamentale un'efficiente dissipazione del calore.

Che cosa sono i substrati a nucleo metallico (IMS)?

I substrati a base di metallo sono materiali specializzati per circuiti stampati progettati per migliorare la dissipazione del calore.Questi substrati sono costituiti da tre strati principali:La base metallica funge da dissipatore di calore, mentre lo strato isolante,spesso riempiti di materiali ceramiciQuesta struttura unica consente un efficiente trasferimento di calore dai componenti generatori di calore,di una lunghezza superiore a 30 mm,, all'ambiente circostante.

Caratteristiche tecniche e meccanismi di trasferimento di calore dell'IMS

Composizione del materiale
1.Metallo di base: l'alluminio è il metallo più comunemente utilizzato a causa della sua buona conducibilità termica (circa 200 - 240 W/m·K), del suo peso leggero e della sua economicità.offre una conduttività termica ancora più elevata (400 W/m·K), il che lo rende adatto per applicazioni con carichi termici estremamente elevati, sebbene sia più costoso e pesante.
2Strato isolante: lo strato isolante è in genere costituito da una matrice polimerica riempita di particelle ceramiche, come ossido di alluminio o nitruro di alluminio.Questi riempitivi in ceramica migliorano la conduttività termica dello strato isolante mantenendo le proprietà di isolamento elettrico.

Processo di trasferimento di calore

Quando il calore viene generato da componenti montati sull'IMS, esso passa prima attraverso lo strato superiore di rame fino allo strato isolante.Lo strato isolante di ceramica trasferisce il calore alla base metallicaInfine, la base metallica dissipa il calore nell'aria circostante mediante convezione e radiazione.Questo meccanismo di trasferimento di calore a più strati assicura che il calore venga rapidamente rimosso dai componenti, mantenendo le loro temperature di funzionamento entro limiti di sicurezza.

IMS contro PCB tradizionali: un'analisi comparativa

Applicazioni reali di IMS in LED e moduli di alimentazione

Faretti a LED
Nei fari a LED delle automobili, l'IMS è ampiamente utilizzato per gestire il calore generato dai pannelli a LED ad alta potenza.i fari a LED richiedono un'efficiente dissipazione del calore per mantenere una luminosità costante e prevenire un guasto prematuroL'IMS a base di alluminio fornisce una soluzione efficace, garantendo che i LED possano funzionare continuamente per lunghe ore senza surriscaldamento.

Moduli di carica per veicoli elettrici
Le stazioni di ricarica dei veicoli elettrici, in particolare quelle ad alta potenza, si basano su IMS per i loro moduli di alimentazione.I moduli di alimentazione del caricabatterie di bordo (OBC) di Tesla utilizzano IMS per dissipare il calore generato durante il processo di ricaricaL'elevata conduttività termica degli IMS aiuta a mantenere l'affidabilità dei semiconduttori di potenza, come gli IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistors),che sono cruciali per una conversione efficiente della potenza nei caricabatterie elettrici.

Produttori leader e adozione da parte dell'industria

Diversi produttori sono in prima linea nella produzione di sistemi di controllo di alta qualità.e Shengyi Technology offrono una gamma di prodotti IMS con specifiche diverse per soddisfare i vari requisiti di applicazioneDato che la domanda di illuminazione ad alta efficienza energetica e di elettronica ad alta potenza continua a crescere, l'adozione di IMS sta aumentando rapidamente in tutti i settori.

Sfide e sviluppi futuri
1.Costo: il costo relativamente elevato degli IMS rispetto ai PCB tradizionali rimane una sfida, soprattutto per le applicazioni sensibili ai costi.con l'aumento dei volumi di produzione e il miglioramento dei processi di produzione, i costi dovrebbero diminuire.
2.Complessità di progettazione: la progettazione con IMS richiede un'attenta considerazione della gestione termica e dell'isolamento elettrico.Gli ingegneri devono ottimizzare la disposizione per garantire la massima dissipazione del calore e prevenire interferenze elettriche.
3.Tendenze future: sono in corso ricerche per sviluppare IMS con una conduttività termica ancora maggiore e migliori proprietà di isolamento elettrico.l'integrazione di IMS con altre tecnologie avanzate di raffreddamento, come il raffreddamento a liquido, possono migliorare ulteriormente le capacità di dissipazione del calore.

FAQ
Perché IMS è migliore dei PCB tradizionali per le applicazioni a LED?
L'IMS offre un'efficienza di dissipazione del calore significativamente superiore, essenziale per i LED ad alta potenza.che porta a un degrado delle prestazioni e a una riduzione della durata di vita.
L'IMS può essere utilizzato in applicazioni a bassa potenza?
Sebbene l'IMS sia progettato principalmente per applicazioni ad alta potenza, può anche essere utilizzato in applicazioni a bassa potenza dove si desidera una migliore gestione del calore.la redditività può essere un fattore da considerare per scenari a bassa potenza.
In che modo la scelta tra IMS in alluminio e in rame dipende dall'applicazione?
L'IMS in alluminio è adatto alla maggior parte delle applicazioni generali ad alta potenza a causa della sua buona conducibilità termica, del suo peso leggero e della sua economicità.IMS in rame è preferito per applicazioni con carichi termici estremamente elevati, come le sorgenti di alimentazione dei server di fascia alta o l'elettronica aerospaziale, dove la sua superiore conduttività termica può fare una differenza significativa.

I substrati a nucleo metallico (IMS) si sono dimostrati indispensabili nel mondo dei LED ad alta potenza e dell'elettronica di potenza.La loro capacità di dissipare efficacemente il calore li rende "salvatori di calore" per applicazioni in cui prestazioni affidabili e longevità dei componenti sono crucialiCon l'evoluzione della tecnologia, l'IMS svolgerà probabilmente un ruolo ancora più importante nel promuovere l'innovazione nell'illuminazione e nella gestione dell'energia.