IMS PCB – Guide complet des circuits imprimés à substrat métallique isolé

Les produits électroniques modernes sont de plus en plus puissants et compacts. Face à cette tendance, la dissipation thermique a toujours constitué un défi majeur. Si la dissipation thermique n'est pas suffisamment efficace, les composants peuvent surchauffer, entraînant une baisse des performances du produit, voire son endommagement. Pour remédier à ce problème, les circuits imprimés IMS (Internal Spectrum Management) ont vu le jour.

Les circuits imprimés IMS, grâce à leur substrat métallique et à leur conception à conduction thermique efficace, améliorent considérablement la dissipation thermique des produits. Ils offrent non seulement d'excellentes capacités de dissipation thermique, mais aussi une résistance mécanique élevée, une durabilité et une structure compacte. Leurs applications sont très répandues. Dans cet article, nous vous présentons les circuits imprimés IMS. Après avoir lu cet article, vous comprendrez ce que sont les circuits imprimés IMS, leur utilisation et bien plus encore. Si vous recherchez un excellent fabricant de circuits imprimés IMS, nous vous en présenterons quelques-uns à la fin de l'article. Commençons donc par comprendre ce qu'est un circuit imprimé IMS !

Qu'est-ce que le an Circuit imprimé IMS ?

IMS PCB, également connu sous le nom de iisolé metal ssubstrat PCB, est un circuit imprimé hautes performances spécialement conçu pour une dissipation thermique efficace dans les appareils électroniques à forte puissance et à forte émission de chaleur. a PCB FR4 traditionnel, an Le PCB IMS adopte une structure de substrat métallique et de couche isolante thermique (IDans le texte suivant, nous détaillerons les différences entre les PCB FR4 et les PCB IMS. Cette conception unique permet à la chaleur générée par les composants électroniques d'être rapidement conduite à travers la couche isolante jusqu'à la plaque de base métallique. Cette dernière transfère ensuite la chaleur à l'environnement. à dissipateurs de chaleur externes.

En règle générale, un PCB IMS se compose de trois couches principales :

Couche de circuit en cuivre - Transporte les composants et conduit le courant, tout en collectant la chaleur

Couche intermédiaire isolante - Assure une isolation électrique et transmet la chaleur

substrat métallique (Généralement (aluminium ou cuivre) - Agit comme un dissipateur thermique interne et fournit un support mécanique

Cette structure de dissipation thermique intégrée confère au circuit imprimé IMS les avantages d'une dissipation thermique efficace, d'une résistance mécanique et d'une stabilité électrique. Pour bien comprendre les performances de dissipation thermique et la durabilité du circuit imprimé IMS, il est essentiel de comprendre ses matériaux et la structure de ses couches.

Matériaux et structure of PCB IMS

Les performances d'un circuit imprimé IMS dépendent du choix des matériaux et de la conception de la structure d'empilement. Comme mentionné précédemment, un circuit imprimé IMS est composé de trois couches : une couche de circuit imprimé en cuivre, une couche d'isolation thermique et une couche de substrat métallique. Chaque couche a des fonctions différentes. Elles coopèrent entre elles pour former un circuit imprimé offrant une conduction thermique efficace, une résistance mécanique élevée et des performances électriques fiables. Ensuite, nous présenterons les caractéristiques matérielles et les fonctions de chaque couche dans l’ordre selon l’ordre structurel.

1. Couche de circuit en cuivre

Cette couche est la couche supérieure du circuit imprimé IMS et est principalement responsable de la conduction électrique et du montage des composants. Le matériau utilisé est une feuille de cuivre de haute pureté. L'épaisseur courante varie de 1 oz (35 μm) à 3 oz (105 μm). Plus la couche de cuivre est épaisse, plus la capacité de transport du courant est élevée et plus la répartition de la chaleur est uniforme. Lors de la conception, nous pouvons améliorer la conduction thermique en élargissant les pistes ou en utilisant des plots de dissipation thermique.

Fonction:

Fournit tous les câblages électriques et les positions de soudure des composants

Collecte et transmet la chaleur initiale générée par les composants

2. Thermique Iisolant Couche

Cette couche est la couche technologique centrale du circuit imprimé IMS, située entre la couche de circuit en cuivre et le substrat métallique. Le matériau couramment utilisé est la résine époxy chargée en céramique. Bien entendu, pour les modèles hautes performances, du polyimide ou des matériaux composites spéciaux peuvent être utilisés. La conductivité thermique de cette couche est généralement comprise entre 1 et 8 W/m.·K. Plus la conductivité thermique est élevée, plus la conduction thermique est rapide et meilleure est la dissipation thermique. L'épaisseur de cette couche est différente de celle du circuit en cuivre. Plus elle est fine, meilleure est la dissipation thermique, mais elle doit également respecter les exigences de sécurité d'isolation.

Fonction:

Assurer une isolation électrique entre la couche de cuivre et le substrat métallique pour éviter les courts-circuits

Transférer efficacement la chaleur de la couche de cuivre à la plaque de base métallique

3. Couche de substrat métallique

Le substrat métallique est la couche inférieure du PCB IMS, agissant comme un dissipateur thermique intégré et un support structurel.

Les matériaux courants sont :

Aluminium: Léger, peu coûteux, avec une conductivité thermique d'environ 200 W/m·K, adapté aux LED et à l'électronique automobile

Cuivre: Avec une conductivité thermique allant jusqu'à 400 W/m·K, adapté aux conceptions à haute puissance et haute densité, mais lourd et coûteux

Acier ou alliage : Rare, utilisé dans des scénarios spéciaux avec des exigences de résistance mécanique extrêmement élevées

Fonction

Absorber la chaleur transférée par la couche isolante

En le répandant rapidement sur toute la surface et en le dissipant dans l'environnement

Fournir un support mécanique global et améliorer la résistance sismique

Les matériaux à trois couches du PCB IMS sont étroitement intégrés, formant un chemin de conduction thermique complet.

Gestion thermique et performances

Le principal avantage du circuit imprimé IMS réside dans sa gestion thermique efficace. Cette caractéristique est essentielle à la fiabilité des composants et à la durée de vie du produit.

1. Résistance thermique (Rθ) est un paramètre clé qui reflète l'efficacité avec laquelle la chaleur peut être transférée des composants vers l'environnement. Plus le R est faible,θ Plus la valeur R est élevée, plus la conduction thermique est rapide, ce qui entraîne une température plus basse du composant et une durée de vie plus longue. Plus la valeur R est élevéeθ valeur, plus la chaleur s'accumule, ce qui peut facilement provoquer une surchauffe ou une défaillance du composant.

2. L'efficacité de dissipation thermique d'un circuit imprimé IMS dépend principalement de la conductivité thermique du matériau de la couche isolante. Plus la conductivité thermique est élevée, plus la chaleur traverse rapidement la couche isolante pour atteindre le substrat métallique.

3. Pour exploiter pleinement les avantages de la gestion thermique du PCB IMS, les points suivants peuvent être pris en compte lors du processus de conception :

Disposition des composants : Placez les principaux composants générateurs de chaleur aussi près que possible de la zone de dissipation de chaleur du noyau métallique.

Sélection du matériel: Utiliser des matériaux de couche isolante à haute conductivité thermique dans les zones à forte puissance.

Optimisation du chemin thermique : utilisez des vias thermiques ou des tampons thermiques pour fournir un chemin direct pour la dissipation de la chaleur.

Éviter les interférences thermiques : Placez les composants sensibles à la chaleur loin des points chauds.

Refroidissement auxiliaire : Si nécessaire, installez des dissipateurs thermiques externes pour améliorer l'efficacité du refroidissement.

Principaux avantages des PCB IMS

En combinant une couche de circuit imprimé en cuivre, une couche isolante à haute conductivité thermique et un substrat métallique robuste, le PCB IMS offre d'excellentes performances de dissipation thermique et une stabilité mécanique exceptionnelle. De plus, il présente de nombreux autres avantages. Nous allons maintenant présenter en détail les principaux avantages du PCB IMS.

1. Le principal avantage du circuit imprimé IMS réside dans sa gestion thermique efficace, déjà mentionnée précédemment. L'association du substrat métallique et de la couche isolante à haute conductivité thermique permet à la chaleur générée par les composants d'être rapidement conduite vers la plaque de base métallique, puis diffusée dans l'environnement. Ce procédé réduit efficacement les points chauds et prévient la surchauffe des produits électroniques haute puissance.

2. Grâce à la gestion thermique efficace du PCB IMS, l'équipement peut maintenir une température de fonctionnement plus basse, réduisant ainsi considérablement la contrainte thermique des composants. Ceci est essentiel pour améliorer la fiabilité de l'équipement et prolonger sa durée de vie.

3. Le substrat métallique d'un PCB IMS offre un support mécanique solide et réduit considérablement le risque de flexion.

4. En raison de l'efficacité élevée de dissipation thermique, de nombreuses conceptions ne nécessitent pas de grands dissipateurs thermiques supplémentaires, permettant ainsi une structure plus compacte et plus légère pour le produit.

5. Le PCB IMS peut transporter en toute sécurité des courants plus élevés grâce à sa couche épaisse de feuille de cuivre et à ses canaux de conduction thermique efficaces.

Types de PCB IMS

Les circuits imprimés IMS existent en différents types. Nous les classons et les expliquons ci-dessous principalement en fonction du type de substrat métallique. Selon le substrat métallique, le PCB IMS peut être divisé en trois types : à base d'aluminium, à base de cuivre et à base d'acier/alliage.

L'aluminium est le substrat métallique le plus couramment utilisé, caractérisé par sa légèreté, son faible coût et sa conductivité thermique modérée (environ 200 W/m·K). Ce type de PCB est largement utilisé dans l'éclairage LED, les lampes automobiles et les modules d'alimentation grand public, réalisant un équilibre entre coût et performances de dissipation thermique.

Les substrats en cuivre possèdent une excellente conductivité thermique (environ 400 W/m·K) et leurs propriétés électriques exceptionnelles les rendent particulièrement adaptés aux applications impliquant des courants importants et une puissance élevée. Cependant, les circuits imprimés IMS à base de cuivre sont relativement coûteux et nécessitent une protection anticorrosion pour garantir leur durabilité.

Les substrats en acier ou en alliage présentent une excellente résistance mécanique et une excellente rigidité, mais leurs propriétés thermiques et électriques sont inférieures à celles de l’aluminium et du cuivre. Ces PCB sont souvent utilisés dans des équipements industriels soumis à des exigences élevées en matière de vibrations ou de résistance mécanique, ainsi que dans des scénarios particuliers.

PCB IMS vs PCB FR4

Applications des PCB IMS

Les circuits imprimés IMS sont largement utilisés dans divers produits électroniques à forte puissance et à forte dissipation thermique. Grâce à leurs excellentes performances de dissipation thermique, leur résistance mécanique et leur fiabilité, ils jouent un rôle important dans les domaines suivants :

1. DEL Léclairage et Dffichage

Le circuit imprimé IMS est couramment utilisé dans les modules LED, les lampes haute puissance et les rétroéclairages d'écran, car les LED génèrent beaucoup de chaleur en fonctionnement. Les substrats métalliques peuvent rapidement évacuer la chaleur de la puce LED, prévenant ainsi la dégradation de la luminosité et prolongeant la durée de vie des lampes. Parmi les applications courantes, on trouve les phares automobiles, les lampadaires, les projecteurs, les panneaux LED d'intérieur, etc.

2. Automobile Electronique

Les automobiles modernes intègrent un grand nombre de modules électroniques haute puissance, tels que les calculateurs moteur (ECU), les contrôleurs de moteur et les convertisseurs de puissance. Le circuit imprimé IMS offre durabilité et stabilité thermique, et s'adapte aux environnements automobiles difficiles. Il est couramment utilisé dans les onduleurs de véhicules électriques, les systèmes de gestion de batterie (BMS) et les systèmes d'éclairage embarqués.

3. Électronique de puissance et contrôle industriel

Le circuit imprimé IMS est également largement utilisé en électronique de puissance et en contrôle industriel. Sa structure à faible résistance thermique assure un fonctionnement stable sous des charges élevées et continues. Sa conception à noyau métallique améliore considérablement la fiabilité des équipements, répondant aux exigences des applications industrielles en matière de longévité et de performances élevées.

4. Appareils électroniques et informatiques grand public

Le PCB IMS peut gérer efficacement la chaleur dans des espaces limités et est largement utilisé dans les appareils compacts tels que les adaptateurs d'alimentation et les amplificateurs audio.

En résumé, le circuit imprimé IMS est largement utilisé dans l'éclairage LED, l'électronique automobile, les modules de puissance et l'électronique grand public haute densité. Il allie une dissipation thermique efficace à une résistance structurelle élevée, ce qui en fait la solution privilégiée pour la conception électronique haute puissance moderne.

PCBaSic : l'un des principaux fabricants de circuits imprimés IMS

PCBasic est une entreprise professionnelle de fabrication de circuits imprimés et de cartes de circuit imprimé. Fort d'une riche expérience et de capacités de production avancées dans le domaine des circuits imprimés IMS, PCBasic est un fabricant fiable de circuits imprimés IMS pour ses clients internationaux. Il propose des solutions de gestion thermique performantes, un contrôle qualité rigoureux et des services de personnalisation flexibles.

1. PCBasic est équipé de lignes de production CMS automatisées, d'équipements de perçage et de découpe laser de précision, d'AOI, de tests par sonde mobile et d'inspection par rayons X. L'entreprise peut répondre aux besoins de production de circuits imprimés IMS simple face, double face et multicouches. Qu'il s'agisse de substrats en aluminium, en cuivre ou en acier/alliage, PCBasic offre des produits à haute conductivité thermique et à haute fiabilité.

2. PCBaSic peut fournir des matériaux de couche isolante avec une conductivité thermique allant de 1 à 8 W/m·K. De plus, ils prennent en charge des épaisseurs de cuivre et de métal personnalisées, des conceptions de circuits imprimés thermiques et des traitements de surface spéciaux. Les clients peuvent choisir des circuits imprimés IMS simple face, double face ou multicouches selon les exigences du projet afin d'obtenir une gestion thermique et une résistance mécanique optimales.

3. PCBasic a obtenu de nombreuses certifications internationales telles que ISO 9001, IATF 16949, UL, RoHS, REACH, etc. Tout au long du processus de production, l'entreprise met en œuvre des tests de traçabilité qualité et de fiabilité. Elle garantit ainsi que chaque circuit imprimé IMS répond aux normes d'utilisation des produits électroniques de forte puissance.

Si vous recherchez un fabricant de PCB IMS fiable, PCBasic sera un partenaire idéal pour aider vos produits à atteindre des performances supérieures et une durée de vie plus longue.

Conclusion

Cet article touche à sa fin. En résumé, le PCB IMS est un circuit imprimé hautes performances doté d'excellentes propriétés de conduction thermique. Il est spécialement conçu pour les exigences thermiques élevées et les environnements difficiles. La combinaison unique de sa durabilité, de sa fiabilité électrique et de son efficacité thermique en fait une solution performante pour les appareils électroniques modernes.

À propos de PCBaSic

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