금속 기판 (IMS): LED를 위한 '열의 구원자'

CONTENTS​

• 주요 내용​
• LED에서 효율적인 열 방출의 중요성​
• 금속 코어 기판(IMS)이란 무엇인가?​
• IMS의 기술적 특징 및 열 전달 메커니즘​
• IMS vs. 기존 PCB: 비교 분석​
• LED 및 전력 모듈에서 IMS의 실제 적용 사례​
• 선도적인 제조업체 및 산업 채택​
• 과제 및 미래 개발​
• FAQ​

주요 내용​

   1. 금속 코어 기판(IMS)은 고출력 LED 애플리케이션에 필수적이며, 기존 FR4 PCB에 비해 5~10배 더 높은 열 방출 효율을 제공합니다.​
   2. 알루미늄 기반 및 구리 기반 IMS가 가장 일반적인 유형이며, 세라믹 충전재가 있는 절연층을 활용하여 열을 효과적으로 전달합니다.​
   3. IMS는 LED 헤드라이트 및 전기 자동차 충전 전력 모듈과 같은 애플리케이션에서 중요한 역할을 하며, 구성 요소의 신뢰성과 수명을 보장합니다.​

LED에서 효율적인 열 방출의 중요성​

현대 조명 및 전력 전자 분야에서 발광 다이오드(LED)는 에너지 효율성과 긴 수명으로 업계에 혁명을 일으켰습니다. 그러나 자동차 헤드라이트 및 산업 조명과 같은 애플리케이션을 위해 LED 기술이 더 높은 전력 출력을 향해 발전함에 따라 열 관리가 중요한 과제가 되고 있습니다. 과도한 열은 LED 성능을 크게 저하시키고, 발광 효율을 감소시키며, 작동 수명을 단축시킬 수 있습니다. 마찬가지로, 전기 자동차(EV) 충전 전력 모듈과 같은 고출력 전자 장치에서 효율적인 열 방출은 구성 요소 고장을 방지하고 안전한 작동을 보장하는 데 필수적입니다. 이것이 금속 코어 기판(IMS)이 궁극적인 "열 구원자"로 등장하는 이유입니다.​

금속 코어 기판(IMS)이란 무엇인가?​

금속 코어 기판은 열 방출을 향상시키도록 설계된 특수 인쇄 회로 기판 재료입니다. 두 가지 주요 유형은 알루미늄 기반 및 구리 기반 IMS입니다. 이러한 기판은 금속 베이스(알루미늄 또는 구리), 절연층 및 회로 트레이스를 위한 상단 구리층의 세 가지 주요 층으로 구성됩니다. 금속 베이스는 방열판 역할을 하며, 종종 세라믹 재료로 채워진 절연층은 금속 베이스와 회로 트레이스 사이의 전기적 절연을 제공합니다. 이 독특한 구조는 LED 또는 전력 반도체와 같은 열 발생 구성 요소에서 주변 환경으로의 효율적인 열 전달을 가능하게 합니다.​

IMS의 기술적 특징 및 열 전달 메커니즘​

재료 구성​
     1. 금속 베이스: 알루미늄은 우수한 열 전도성(약 200~240 W/m·K), 경량성 및 비용 효율성으로 인해 가장 일반적으로 사용되는 금속입니다. 반면에 구리는 훨씬 더 높은 열 전도성(400 W/m·K)을 제공하여 극도로 높은 열 부하가 있는 애플리케이션에 적합하지만 더 비싸고 무겁습니다.​
    2. 절연층: 절연층은 일반적으로 산화 알루미늄 또는 질화 알루미늄과 같은 세라믹 입자로 채워진 폴리머 매트릭스로 만들어집니다. 이러한 세라믹 충전재는 전기 절연 특성을 유지하면서 절연층의 열 전도성을 향상시킵니다.​

열 전달 과정​

IMS에 장착된 구성 요소에서 열이 발생하면 먼저 상단 구리층을 통해 절연층으로 전달됩니다. 그런 다음 세라믹 충전 절연층이 열을 금속 베이스로 전달합니다. 마지막으로 금속 베이스는 대류 및 복사를 통해 주변 공기로 열을 방출합니다. 이 다층 열 전달 메커니즘은 구성 요소에서 열을 신속하게 제거하여 작동 온도를 안전한 한계 내로 유지합니다.​

IMS vs. 기존 PCB: 비교 분석

LED 및 전력 모듈에서 IMS의 실제 적용 사례​

LED 헤드라이트​
    자동차 LED 헤드라이트에서 IMS는 고출력 LED 어레이에서 발생하는 열을 관리하는 데 널리 사용됩니다. 예를 들어, 최신 고급 자동차에서 LED 헤드라이트는 일관된 밝기를 유지하고 조기 고장을 방지하기 위해 효율적인 열 방출이 필요합니다. 알루미늄 기반 IMS는 효과적인 솔루션을 제공하여 LED가 과열 없이 장시간 지속적으로 작동할 수 있도록 합니다.​

전기 자동차 충전 전력 모듈​
    EV 충전 스테이션, 특히 고출력 충전기는 전력 모듈에 IMS를 사용합니다. Tesla의 온보드 충전기(OBC) 전력 모듈은 충전 과정에서 발생하는 열을 방출하기 위해 IMS를 사용합니다. IMS의 높은 열 전도성은 EV 충전기에서 효율적인 전력 변환에 중요한 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistors)와 같은 전력 반도체의 신뢰성을 유지하는 데 도움이 됩니다.​

선도적인 제조업체 및 산업 채택​

    여러 제조업체가 고품질 IMS 생산의 선두에 있습니다. Isola, TUC 및 Shengyi Technology와 같은 회사는 다양한 애플리케이션 요구 사항을 충족하기 위해 다양한 사양의 IMS 제품을 제공합니다. 에너지 효율적인 조명 및 고출력 전자 장치에 대한 수요가 계속 증가함에 따라 IMS의 채택이 산업 전반에서 빠르게 증가하고 있습니다.​

과제 및 미래 개발​
   1. 비용: 기존 PCB에 비해 IMS의 상대적으로 높은 비용은 특히 비용에 민감한 애플리케이션에서 여전히 과제로 남아 있습니다. 그러나 생산량이 증가하고 제조 공정이 개선됨에 따라 비용이 감소할 것으로 예상됩니다.​
   2. 설계 복잡성: IMS로 설계하려면 열 관리 및 전기적 절연을 신중하게 고려해야 합니다. 엔지니어는 최대 열 방출을 보장하고 전기적 간섭을 방지하기 위해 레이아웃을 최적화해야 합니다.​
   3. 미래 동향: 더 높은 열 전도성과 더 나은 전기 절연 특성을 가진 IMS를 개발하기 위한 연구가 진행 중입니다. 또한 액체 냉각과 같은 다른 고급 냉각 기술과의 IMS 통합은 열 방출 기능을 더욱 향상시킬 수 있습니다.​

FAQ​
LED 애플리케이션에 IMS가 기존 PCB보다 더 나은 이유는 무엇입니까?​
IMS는 고출력 LED에 필수적인 훨씬 더 높은 열 방출 효율을 제공합니다. 기존 PCB는 고출력 LED에서 발생하는 열을 효과적으로 제거할 수 없으므로 성능 저하 및 수명 단축으로 이어집니다.​
IMS는 저전력 애플리케이션에 사용할 수 있습니까?​
IMS는 주로 고출력 애플리케이션용으로 설계되었지만 더 나은 열 관리가 필요한 저전력 애플리케이션에도 사용할 수 있습니다. 그러나 비용 효율성은 저전력 시나리오에서 고려해야 할 요소일 수 있습니다.​
알루미늄과 구리 IMS 중에서 선택하는 것은 애플리케이션에 따라 어떻게 달라집니까?​
알루미늄 IMS는 우수한 열 전도성, 경량성 및 비용 효율성으로 인해 대부분의 일반적인 고출력 애플리케이션에 적합합니다. 구리 IMS는 고급 서버 전원 공급 장치 또는 항공 우주 전자 장치와 같이 열 부하가 매우 높은 애플리케이션에 선호되며, 여기서 우수한 열 전도성이 상당한 차이를 만들 수 있습니다.​

금속 코어 기판(IMS)은 고출력 LED 및 전력 전자 분야에서 없어서는 안 될 존재임이 입증되었습니다. 효율적으로 열을 방출하는 능력은 신뢰할 수 있는 성능과 구성 요소 수명이 중요한 애플리케이션에서 "열 구원자" 역할을 합니다. 기술이 계속 발전함에 따라 IMS는 조명 및 전력 관리 분야의 혁신을 주도하는 데 더욱 중요한 역할을 할 것입니다.