도서 발췌: 절연 금속 기판을 사용한 열 관리, 4부

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다음은 Ventec International Group의 Didier Mauve와 Ian Mayoh가 작성한 "절연 금속 기판을 사용한 열 관리에 대한 인쇄 회로 설계자 가이드"의 4장에서 발췌한 내용입니다. 이 무료 eBook에서 저자는 PCB 설계자에게 절연 금속 기판 적층판의 열적, 전기적, 기계적 특성을 이해하는 데 필요한 필수 정보를 제공합니다.

4장: 응용 사례

주요 응용분야절연 금속 기판은 자동차 및 산업용 LED, 전력 변환, 일반 조명, 거리 안전, 백라이트 장치 및 전기 자동차 부문에서 다양한 응용 분야를 찾습니다(그림 4.1).

그림 4.1: IMS의 기본 애플리케이션.

헤드램프 컴팩트한 LED 램프 장치는 자동차 스타일리스트에게 추가적인 자유를 선사합니다. 일광에 가까운 색온도의 밝은 조명은 운전자에게 선명한 시야를 제공합니다. 그러나 공급되는 전력의 최대 80%가 열로 소산되므로 엔지니어는 심각한 열 관리 문제에 직면하게 됩니다.

매트릭스 헤드램프는 단일 기판에 여러 개의 밀접하게 배치된 이미터를 특징으로 합니다. 알루미늄 또는 구리 베이스플레이트와 약 0.002인치(0.05mm)의 유전체 두께를 특징으로 하는 높은 열전도율의 기판은 장기적인 신뢰성을 보장하기 위한 일반적인 선택입니다. 비강화 유전체는 CTE 불일치로 인한 스트레스 요인을 최소화합니다. 구리 호일 및 알루미늄 베이스플레이트 매트릭스 밀도가 매우 높고 전력이 매우 높으면 잠재적인 CTE 불일치를 해결하기 위해 구리 베이스플레이트를 사용할 수 있습니다. 각각 2개 또는 3개의 이미터를 포함하는 여러 보드가 있는 스포트라이트는 열 문제를 더 작은 기판에 집중시킵니다. 알루미늄 베이스플레이트와 일반적으로 약 0.003–0.004"(0.075–0.010mm)인 유전층을 포함한 2–3W/mK의 전체 열전도율을 특징으로 합니다.

자동차 방향 지시등 방향 지시등용 LED는 일반적으로 3W 전력 범위에 있습니다. 3개의 이미터 장치는 구성 요소에서 추출해야 하는 약 7와트의 열 에너지를 방출합니다. IMS는 종종 금속 섀시에 대한 가장 효율적이고 비용 효과적인 열 연결입니다. 극단적인 크기 및 모양 제약으로 인해 설계자는 3W/mK 열 전도성과 0.002" 또는 0.003"(0.05–0.075mm) 유전체를 갖춘 기판을 선택하게 될 수 있습니다.

전동식 파워 스티어링을 위한 고출력 모터 드라이브 전기 파워 스티어링(EPS)과 EV의 고전력 전기 견인 인버터를 포함한 기타 모터 구동 메커니즘은 훨씬 더 까다로운 열 관리 문제를 야기할 수 있습니다. 열 전도성이 3~4.2W/mK이고 유전체가 0.10~0.15mm(0.10~0.15mm)인 고성능 IMS를 사용하면 모듈 크기 및 신뢰성 목표를 비용 효율적으로 충족할 수 있습니다. 직접 결합 구리(DBC)가 대안입니다. 인버터와 같은 매우 높은 전력 애플리케이션에서 전력 트랜지스터는 IMS/DBC 회로 레이어에 베어 다이로 납땜될 수 있으며, 수냉식 방열판은 베이스플레이트에 부착됩니다. 결합된 온보드 충전기(OBC) 및 EV용 DC/DC 컨버터 장치와 같은 일부 모듈에서는 베이스플레이트가 주조 금속 섀시와 통합되며 사양은 파운드리와 협의하여 결정됩니다.

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