PCB de base metálica con aislamiento: placas térmicas para sistemas de alta potencia y alta fiabilidad

Las placas de circuito impreso (PCB) con base metálica aislada, también llamadas PCB IMS o PCB con núcleo metálico, se fabrican para dispositivos electrónicos donde la densidad térmica es el principal límite de diseño. En lugar de un núcleo de fibra de vidrio, las placas IMS utilizan un base de metal (aluminio o cobre) unido a un dieléctrico térmicamente conductor, Con circuitos de cobre en la parte superior. El núcleo metálico actúa como disipador de calor interno, alejando el calor de los componentes calientes y distribuyéndolo eficientemente en el chasis o disipador.

Para productos que deben ejecutarse Fresco, compacto y estable durante mucho tiempo., IMS es a menudo la actualización más directa del FR-4 estándar.

1) IMS vs. FR-4 (¿Por qué son importantes las placas base de metal?)

2) Industrias a las que prestamos servicios con PCB IMS

Distintas industrias exigen distintas prioridades térmicas y de fiabilidad. Las placas IMS se utilizan ampliamente en sus principales mercados:

Aeroespacial y aviación

• Se utiliza en módulos de potencia de alta confiabilidad, electrónica de control y sistemas de sensores robustos.
• Prioridades: Estabilidad térmica, resistencia a la vibración, confiabilidad de larga duración, trayectorias de calor consistentes.

Semiconductores y embalajes avanzados

• Placas portadoras, módulos de prueba, etapas de potencia cerca de matrices calientes y equipos sensibles al calor.
• Prioridades: Control estricto de resistencia térmica, planitud para el ensamblaje, rendimiento de aislamiento estable.

Electrónica médica

• Dispositivos compactos con ventanas de temperatura estrictas, como módulos de imágenes, equipos terapéuticos y diagnósticos portátiles.
• Prioridades: Baja temperatura de punto caliente, integridad del aislamiento de seguridad, rendimiento estable durante los ciclos de trabajo.

Inteligencia artificial / Computación de alto rendimiento

• Sistemas aceleradores de alto rendimiento, racks de cómputo y módulos de inteligencia artificial de borde donde el calor limita el rendimiento.
• Prioridades: Gestión de alto flujo de calor, capacidad de corriente, ciclo térmico confiable.

Electrónica automotriz

• BMS, controladores de motor, etapas de potencia de la ECU, iluminación y componentes de potencia ADAS.
• Prioridades: Resistencia al ciclo térmico, estabilidad a impactos y vibraciones, rendimiento constante en producción en masa.

Control y automatización industrial

• Servoaccionamientos, sistemas de soldadura, resistencias de frenado, control de inversores y placas de potencia para entornos hostiles.
• Prioridades: Fiabilidad de funcionamiento continuo, propagación del calor en recintos sellados, base mecánica sólida.

Comunicaciones y redes

• Etapas de potencia de RF, módulos de estación base, alimentaciones de CC de alta corriente y unidades de potencia de telecomunicaciones densas.
• Prioridades: Comportamiento térmico estable bajo carga sostenida, trayectorias de calor compactas, ajuste de ensamblaje predecible.

3) Apilamiento IMS (estructura simple, grandes ganancias térmicas)

Una PCB IMS normalmente incluye tres capas funcionales:

1. Capa de circuito de cobre
   Transporta la corriente y distribuye el calor lateralmente. El cobre más pesado mejora la capacidad de corriente y la distribución térmica.
2. Capa dieléctrica térmica (aislante)
   Aísla eléctricamente el cobre del metal mientras transfiere calor hacia abajo. conductividad térmica y espesor dominan la resistencia térmica.
3. Capa base de metal
   Proporciona rigidez y una rápida disipación del calor en el chasis/disipador. El aluminio equilibra el coste y el rendimiento; el cobre soporta un flujo térmico extremo.

4) Selección de materiales básicos (cómo seleccionarlos)

Núcleo de aluminio

• Se adapta mejor a la mayoría de diseños de alta potencia, incluidos sistemas LED y placas de alimentación industriales y automotrices.
• Ligero, rentable, excelente difusión térmica para necesidades generales.

Núcleo de cobre

• Elegido para equipos de grado aeroespacial, IA/HPC y semiconductores donde El margen térmico es muy estrecho.
• Mayor conductividad térmica y rigidez, normalmente mayor coste.

Consejo de selección:
Empezar desde disipación de potencia + temperatura de unión admisible + enfoque de montaje. El material del núcleo debe seguir el objetivo térmico.

5) Lo que más importa en la fabricación de IMS (enfoque a nivel industrial)

Una buena placa IMS no se compone solo de metal y aislamiento. La fiabilidad en sus industrias depende del control constante de:

• Estabilidad dieléctrica térmica
  Unión uniforme y consistencia de espesor para un flujo de calor predecible.
• Adhesión de cobre a dieléctrico
  Previene la delaminación bajo ciclos térmicos (fundamental para la industria automotriz, la IA, la aeroespacial y la industria).
• Ingeniería de cobre con calor y corriente
  Distribución de cobre diseñada para transportar carga y distribuir calor sin cuellos de botella.
• Mecanizado mecánico de precisión
  Enrutamiento limpio, avellanados, ranuras y orificios de montaje para un ajuste perfecto del chasis y el disipador de calor.
• Acabado de superficie compatible con el montaje
  Elegido para adaptarse a su proceso de soldadura y expectativas de confiabilidad.
• Validación de confiabilidad térmica
  Protección contra choques/ciclados térmicos, deriva de soldabilidad y pérdida de integridad del aislamiento.

6) Consejos de Thermal-DFM que mejoran el rendimiento y la productividad

1. La elección del dieléctrico determina la resistencia térmica real
   Si los puntos calientes limitan la vida útil, ajustar el grado y el espesor del dieléctrico es la solución más rápida.
2. El peso de cobre es una palanca térmica + eléctrica.
   Utilice cobre más pesado debajo de dispositivos de alimentación y rutas de alta corriente; evite sobreespecificaciones en toda la placa.
3. El calor debe salir limpiamente del tablero.
   Defina con anticipación la planitud, el torque de los tornillos, el tipo de almohadilla térmica y los puntos de contacto del chasis.
4. Evite cuellos de botella térmicos estrechos
   Asegúrese de que haya cobre continuo debajo de los componentes calientes; las almohadillas pequeñas y las trazas delgadas atrapan el calor.
5. Características mecánicas de la cerradura tempranas
   Los recortes, avellanados y contornos especiales afectan la ruta y el costo del mecanizado.

7) Principales impulsores de costos (lo que cambia el precio rápidamente)

• Selección de núcleo de aluminio o de cobre
• Elección del grado dieléctrico térmico
• Peso de cobre y cualquier zona con mucho cobre
• Complejidad del contorno y mecanizado especial
• Tipo de acabado superficial
• IMS de una o dos capas frente a IMS multicapa

Una revisión DFM enfocada a menudo reduce los costos sin sacrificar los objetivos térmicos.

8) Lista de verificación de RFQ (envíela para obtener una cotización rápida y precisa)

¿Está listo para proteger su sistema del calor?

Las placas IMS son una forma comprobada de aumentar la densidad de potencia, manteniendo los dispositivos refrigerados, compactos y estables durante largos ciclos de trabajo. Si su aplicación se encuentra en la industria aeroespacial, la computación de IA, la energía automotriz, los equipos de semiconductores, la electrónica médica, los variadores industriales o el hardware de comunicaciones, envíe su... Gerber + objetivos térmicos (Disipación de potencia y rango de temperatura admisible). Le enviaremos una breve revisión del DFM térmico y un presupuesto práctico basado en sus objetivos reales de gestión del calor.