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Dieser Abschnitt bietet einen Überblick über Metallbasierte Substrate (Leiterplatten) sowie ihre Anwendungen und Funktionsweisen. Werfen Sie auch einen Blick auf die Liste der 0 Hersteller von Metallbasierte Substrate (Leiterplatten) und deren Firmenranking.
Inhaltsübersicht
Ein metallbasiertes Substrat ist eine gedruckte Schaltung mit einem metallischen Substrat.
Da LED-Beleuchtung, die eine Wärmeableitung erfordert, in den letzten Jahren immer mehr Verbreitung gefunden hat, ist die Nachfrage nach metallbasierten Substraten wie Aluminium- und Kupferleiterplatten gestiegen. Normale Leiterplatten sind ineffizient bei der Wärmeableitung, was zu hohen Temperaturen und einer verkürzten Lebensdauer der Komponenten führt.
Auch im Bereich der Leistungselektronik ist die Wärmeableitungstechnologie von entscheidender Bedeutung. Siliziumkarbid-SiC-Substrate, Galliumnitrid-GaN-Substrate und Verstärkersubstrate beispielsweise erfordern metallbasierte Substrate.
Metallbasierte Substrate werden als Substrate für die Beleuchtung mit LEDs, zur Vermeidung von Hitzeschäden an elektronischen Bauteilen, zur Kühlung von Halbleiterelementen für Leistungsanwendungen und zur Verwendung von Substraten in Hochtemperaturumgebungen eingesetzt.
Für andere Anwendungen als LEDs werden metallbasierte Substrate verwendet, um die Leistung aus der von Halbleiterelementen für Leistungsanwendungen erzeugten Wärme zu gewinnen. Sie sind auch nützlich, um thermische Schäden in Hybrid-ICs in der Automobilelektronik, in hochdichten Montagegehäusen, in der Photovoltaik und in Haushaltsgeräten zu verhindern.
Die Standardkonfiguration eines metallbasierten Substrats ist eine Isolierschicht über einer Metallplatte wie Aluminium, Kupfer oder Edelstahl, auf der ein Kreislauf aus Kupferfolie als Leiter liegt. Aluminium und Kupfer sind Metalle, die Wärme besser leiten als Harze und Keramiken. Durch die Verwendung von Metallen im Substrat kann die von LEDs und anderen Geräten erzeugte Wärme effizient abgeleitet werden.
Die Dicke der Isolierschicht wirkt sich auf die Wärmeableitung aus. Die Wärmeableitung verbessert sich mit einer dünneren Isolierschicht, aber die Spannungsfestigkeit verschlechtert sich im Gegenzug. Die Menge des Füllstoffs in der Isolierschicht wirkt sich ebenfalls auf die Wärmeableitung aus.
Bei allgemeinen nichtmetallischen Substraten der hitzebeständigen Klasse FR-4 liegt die Wärmeleitfähigkeit bei etwa 0,38 W/m-K, während sie bei metallbasierten Substraten auf etwa 1,1-2,5 W/m-K ansteigt. Je höher die Wärmeleitfähigkeit ist, desto schneller wird die Wärme übertragen, und je dünner die Isolierschicht ist, desto geringer ist der Wärmewiderstand und desto besser sind die Wärmeableiteigenschaften.
Es werden hauptsächlich zwei Arten von metallbasierten Substraten verwendet.
Aluminiumsubstrate werden häufig verwendet, weil sie leicht sind und gute Wärmeableitungseigenschaften haben. Sie werden hauptsächlich für LED-Beleuchtung verwendet und bestehen an der Oberfläche aus einer Kupferfolie, einer Isolierschicht und Basisaluminium.
Aluminiumsubstrate sind als doppelseitige Aluminiumbasissubstrate und doppelseitige Aluminiumkernsubstrate erhältlich. Doppelseitige Aluminiumsockelsubstrate sind einseitige Montagetypen, die durch Zusammenpressen des doppelseitigen Substrats, der Isolierschicht und des Basisaluminiums hergestellt werden.
Doppelseitige Aluminiumkernsubstrate werden hergestellt, indem eine Isolierschicht und eine Kupferfolie auf beide Seiten des Basisaluminiums gepresst werden. Bei dickeren Kupferfolien werden sie durch Pressen einer dicken Kupferfolie, einer Isolierschicht und des Basisaluminiums hergestellt. Es sind Kupferfoliendicken von bis zu 400 µm möglich.
Kupfersubstrate haben eine etwa 1,7-mal bessere Wärmeableitung als Aluminium und werden für Bauteile mit hoher Wärmeentwicklung verwendet. Sie bestehen aus einer Kupferfolie, einer Isolierschicht und einem Kupferblech auf der Oberfläche und sind schwerer als Aluminiumsubstrate. Es ist auch teurer, was die Verwendung in kleinen Mengen erschwert, zeichnet sich aber durch seine bessere Wärmeableitung aus.
Dünnere Isolierschichten leiten die Wärme besser ab, während dickere Schichten höheren Spannungen standhalten. Doppelseitige Kupferkernplatten haben eine Isolierschicht und eine Kupferfolie auf beiden Seiten der Kupferplatte und werden mit Durchgangslöchern verbunden.
1.Hervorragende Wärmeableitung
Metallbasierte Substrate leiten die Wärme um ein Vielfaches besser ab als die üblicherweise verwendeten FR-4-Epoxidharze auf Glasgewebebasis und CEM-3-Epoxidharze auf Kompositbasis. Die Verwendung eines Metallsubstrats mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit sorgt für eine hervorragende Wärmeableitung.
2. Ausgezeichnete Formbeständigkeit
Aluminium- und Kupfersubstrate haben einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) als herkömmliche Substrate. Im Vergleich zu herkömmlichen FR-4-Substraten sind Metallsubstrate formstabiler in Bezug auf Temperaturänderungen.
3. Geringe Dehnungsübertragung
Metallbasierte Substrate zeichnen sich durch einen geringen Temperaturanstieg aufgrund ihrer hervorragenden Wärmeableitung aus. Daher werden Verzerrungen bei der Signalübertragung reduziert.
Metallbasierte Substrate werden daher in Stromrichtern, Beleuchtungen, Photovoltaik, Rückleuchten, LED-Anwendungen in Kraftfahrzeugen und Haushaltsgeräten eingesetzt.
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