書籍の抜粋: 絶縁金属基板による熱管理、パート 4

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以下は、Ventec International Group の Didier Mauve 氏と Ian Mayoh 氏が執筆した『The Print Circuit Designer's Guide to...Thermal Management With Insulated Metal Substrates』の第 4 章からの抜粋です。 この無料の eBook では、著者は絶縁金属基板ラミネートの熱的、電気的、機械的特性を理解するために必要な重要な情報を PCB 設計者に提供します。

第 4 章: 応用例

主な応用分野絶縁金属基板は、自動車および産業用 LED、電力変換、一般照明、街路安全、バックライト ユニット、および電気自動車分野で多くの用途に使用されています (図 4.1)。

図 4.1: IMS の主なアプリケーション。

ヘッドランプコンパクトな LED ランプ ユニットにより、カー スタイリストにさらなる自由が与えられます。 昼光色に近い色温度の明るい照明により、ドライバーは鮮明な視界を得ることができます。 ただし、供給される電力の 80% も熱として放散されるため、エンジニアは熱管理に厳しい課題を抱えています。

マトリックス ヘッドランプは、単一の基板上に複数の狭い間隔で配置されたエミッターを備えています。 長期信頼性を確保するには、アルミニウムまたは銅のベースプレートを備え、誘電体の厚さが約 0.002 インチ (0.05 mm) の熱伝導率の高い基板が一般的な選択です。非強化誘電体により、熱伝導率の不一致によるストレス要因が最小限に抑えられます。銅箔とアルミニウムのベースプレート。マトリックス密度が非常に高く、潜在的な CTE の不一致に対処するために電力が非常に高い場合は、銅ベースプレートを使用できます。それぞれに 2 つまたは 3 つのエミッターを含む複数のボードを備えたスポットライトでは、熱の問題がより小さい基板に集中します。アルミニウムのベースプレートと、誘電体層を含む全体の熱伝導率が 2 ～ 3 W/mK で、通常は約 0.003 ～ 0.004 インチ (0.075 ～ 0.010 mm) です。

自動車用ウインカー方向指示器用の LED は通常、3W の出力範囲にあります。 3 つのエミッター ユニットは、コンポーネントから抽出する必要がある約 7 ワットの熱エネルギーを放散します。 IMS は、多くの場合、金属シャーシへの最も効率的でコスト効果の高い熱接続です。 極端なサイズと形状の制約により、設計者は熱伝導率が 3 W/mK で誘電体が 0.002 インチまたは 0.003 インチ (0.05 ～ 0.075 mm) の基板を求めることになります。

電動パワーステアリング用ハイパワーモータードライブ電動パワーステアリング (EPS) や、EV の高出力電動トラクション インバーターを含むその他のモーター駆動機構は、さらに厳しい熱管理の課題を引き起こす可能性があります。 熱伝導率 3 ～ 4.2 W/mK および誘電体 0.004 ～ 0.006 インチ (0.10 ～ 0.15 mm) の高性能 IMS を使用することで、モジュール サイズと信頼性の目標をコスト効率よく達成できます。 ダイレクトボンド銅 (DBC) が代替手段です。 インバータなどの非常に高出力のアプリケーションでは、パワー トランジスタがベア ダイとして IMS/DBC 回路層にはんだ付けされ、液冷ヒートシンクがベースプレートに取り付けられます。 EV 用の複合車載充電器 (OBC) と DC/DC コンバータ ユニットなどの一部のモジュールでは、ベースプレートが鋳造金属シャーシと一体化されており、仕様は鋳造工場と相談して決定されます。

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