hpleds

In questo periodo tanti realizzano progetti che prevedono l’utilizzo di LED: consumano pochissimo e sono molto versatili, ma bisogna affrontare il problema della dissipazione del calore. I led ad alta luminosità (High Power Leds, ovvero HPLeds ) se non funzionano alle temperature indicate dal costruttore, diminuiscono drammaticamente la loro intensità luminosa, lasciandoci al buio.

Esistono circuiti stampati ideati allo scopo di dissipare al meglio il calore. Ad esempio, quelli realizzati su supporto ceramico (thick-film ceramics e direct bond copper) che, rispetto ai normali circuiti stampati su FR4, offrono una bassa dilatazione termica, alta tolleranza alle temperature, bassa costante dielettrica, rigidità e stabilità dimensionale che li rende il laminato preferito per diverse applicazioni. Purtroppo il costo della materia prima è piuttosto alto, si tagliano praticamente solo con il laser ed il processo di metallizzazione ha costi molto elevati, rendendo il prodotto finito accessibile solo per applicazioni senza compromessi, dove il costo ed i tempi di produzione non hanno, praticamente, nessuna importanza. La ceramica, poi, a causa della sua eccezionale durezza, è molto fragile rispetto all’FR4 o ad un metallo.

Un ottimo compromesso tra FR4 e supporti ceramici, in fatto di conducibilità termica, è rappresentato da un laminato che, in lingua inglese, viene chiamato IMS (Insulated Metal Substrate,  substrato metallico isolato) o Metal Core (anima in metallo), ma in lingua italiana, mi sembra un’ottima idea chiamarlo SMI, ovvero Supporto Metallico Isolato. L’idea è molto semplice, si tratta di unire in un unico laminato tre “fogli” di materiale: come base un metallo (Alluminio o Rame, ma anche, raramente, ferro o acciaio) poi un dielettrico, FR4, molto sottile, di spessore 100 µm, e, per ultimo, un foglio di rame di spessore variabile (in genere 35 o 70 µm):

Il metallo più diffuso per questo genere di laminato è sicuramente l’alluminio: leggero, sufficientemente robusto e relativamente facile da lavorare.

Realizzare un circuito stampato su SMI, costa di più di un circuito monorame su FR4, soprattutto per le lavorazioni meccaniche (foratura e scontornatura), ma anche per il costo del laminato che, se di qualità, costa 10/15 volte il laminato standard in FR4.

La conducibilità termica è la misura della capacità di una sostanza di trasmettere il calore. Dipende solo dalla sostanza e non dalla sua forma, e la sua unità di misura è il W/mK, ovvero il Watt su metri per gradi Kelvin. Su wikipedia è riportata una tabella con la conducibilità termica di alcune sostanze e balza subito all’occhio che la cosa migliore, per i nostri LED, sarebbe quella di utilizzare un laminato di rame e diamante

Qualche mese fa, mi ha contattato un mio cliente, spiegandomi che trovava difficile provare diversi tipi di led, di diversi fornitori, perchè i prototipi su SMI costano molto e non sono facilmente disponibili da tutti i fornitori di circuiti stampati. Mi ha proposto di utilizzare la nostra esperienza nella prototipazione di circuiti stampati anche su questo genere di laminato, lo SMI appunto.

Avendo io comunque già il desiderio di iniziare a produrre questo genere di circuiti stampati, mi sono informato sui vari tipi di laminati a disposizione, e, dopo essermi sincerato che il nostro abituale fornitore di laminato (Panasonic) non produceva SMI (Supporto Metallico Isolato), ho trovato un fornitore che mi proponeva una discreta scelta.

E’ necessario scegliere lo spessore e la tipologia dei tre diversi componenti lo SMI, ovvero il supporto metallico, il dielettrico ed il rame, ma bisogna cercare un compromesso per poter offrire prototipi a prezzi ragionevoli.

• Partendo dall’alto del laminato, lo spessore del rame è disponibile in spessori compresi tra 18 e 343 µm, quindi ho scelto due spessori che potessero soddisfare la maggior parte delle esigenze, tralasciando gli spessori per le applicazioni più “esotiche”: ho scelto di avere in casa 35 e 70 µm, tenendo presente che è possibile, in emergenza, offrire uno spessore fino a 110 µm con l’aggiunta di un riporto galvanico.
• Il dielettrico, per questioni termiche, l’avrei scelto il più possibile sottile, 50 µm, ma bisogna fare i conti con l’isolamento elettrico! Ho scelto uno spessore di compromesso, 100 µm, ma il fornitore aveva a catalogo un dielettrico più costoso, senza fibra di vetro, che promette una conducibilità termica quasi doppia, quindi ho scelto di realizzare i miei SMI esclusivamente sul supporto con il dielettrico con la conducibilità termica migliore.
• Il supporto, invece, per il momento, ho deciso che fosse disponibile solo in alluminio con due spessori: 1,5 e 3 mm. Anche questo esiste in tre diverse leghe, io ho scelto quella più difficile da lavorare ma che assicura una maggiore conducibilità termica (Lega 1100 222 W/mK, contro i 138 W/mK della lega 5052).

Con queste combinazioni, che coprono le esigenze della stragrande maggioranza di utenti di SMI, è possibile per la mia azienda, www.mdsrl.it, offrire ai propri clienti prototipi e piccole serie di circuiti su SMI (Supporto Metallico Isolato) al prezzo di un circuito stampato doppia faccia su FR4! Mantenendo sempre valide le stesse condizioni dei circuiti stampati tradizionali: consegne urgenti e preventivi/ordini online direttamente dal sito web.

Tag: ceramica, conducibilità termica, direct bond copper, FR4, IMS, insulated metal substrate, Led, SMI, supporto metallico isolato, thick-film ceramics

Questo articolo è stato pubblicato il venerdì, 3 luglio 2009 alle 19:47 e classificato in Elettronica, Led. È possibile seguire tutte le repliche a questo articolo tramite il feed RSS 2.0. Puoi lasciare un commento, oppure fare il trackback dal tuo sito.