PCB IMS : Substrat Résistant aux Hautes Températures pour Performances Fiables

Vous concevez un PCB et ne savez pas quel substrat utiliser ? Indéniablement, les substrats sont essentiels dans la fabrication PCB. La première étape pour un PCB de qualité est de choisir un substrat adapté. Le FR-4 est le substrat le plus courant et abordable. Cependant, nous vous présentons un autre type : le PCB IMS.

Dans cet article, vous apprendrez tout sur le PCB IMS et sa comparaison au FR-4.

Prêt ? Commençons !

Qu'est-ce qu'un PCB IMS ?

IMS signifie Insulated Metal Substrate (substrat métallique isolé). Les PCB IMS ont des plaques de support métalliques séparées par une couche diélectrique. Les conducteurs en cuivre du circuit génèrent cette couche diélectrique.

Substrat Métallique

La couche diélectrique transfère la chaleur vers le substrat métallique. Ce dernier agit comme un dissipateur thermique absorbant l'excès de chaleur du circuit. Il fournit aussi une structure solide au PCB.

De plus, les couches diélectriques ont des propriétés uniques de dissipation thermique. Elles supportent le stress des hautes tensions. On trouve donc des PCB IMS dans les circuits à forte génération de chaleur.

Avantages des PCB IMS

Les PCB FR4 font une rude concurrence aux PCB IMS. Cette section montre comment l'IMS tient la route. Voici les avantages :

Support Structurel

Les substrats métalliques épais sont robustes et offrent un meilleur support structurel. Ils servent de structure principale pour diverses applications.

Bouclier Électromagnétique

Les substrats métalliques fournissent aussi un blindage électromagnétique. Vous pouvez utiliser l'IMS comme plan de masse actif de votre circuit. Cela réduit les traces de cuivre nécessaires, diminuant les coûts de fabrication.

Conductivité Thermique Accrue

Conductivité Thermique

Les métaux sont de bons conducteurs thermiques, l'IMS a donc une conductivité thermique élevée : jusqu'à 12 W/(m·K) et épaisseur métallique max 3,2 mm.

Les concepteurs et fabricants peuvent exploiter cette conductivité pour inclure plusieurs composants dissipant la chaleur, obtenant une meilleure compacité globale.

Immunité au Feu

Immunité au Feu

Les feux ordinaires et la chaleur des circuits ne détruisent pas le métal. Les PCB IMS utilisant des substrats métalliques ont une meilleure immunité au feu que les PCB standards.

Meilleure option pour circuits haute puissance ou applications en environnement haute température.

Compatibilité CMS (Surface-Mount Device)

Condensateur CMS

Les PCB IMS sont compatibles avec les dispositifs de montage en surface. Pourquoi ? Grâce à leur haute conductivité thermique, ils absorbent et dissipent la chaleur générée par les composants CMS pour éviter les dommages.

IMS vs FR4

IMS et FR4 sont d'excellents substrats avec de grands avantages. Mais il faut comprendre leurs différences pour savoir lequel convient à votre application.

Composants

Les PCB FR4 permettent le montage de composants traversants, mais doivent être monocouche. À l'inverse, les PCB IMS monocouche n'autorisent pas les composants traversants.

Conductivité Thermique

Les PCB IMS offrent une conductivité thermique accrue et gèrent les applications thermiques intenses. Le FR4 offre aussi de la conductivité thermique, mais ne rivalise pas avec l'IMS.

Couleurs de Masque de Soudure

Les PCB IMS n'ont que du masque de soudure blanc. Les PCB FR4 en ont trois : ambre, vert, noir.

Processus de Fabrication

La fabrication des PCB IMS est complexe et nécessite des outils spécifiques (ex: lames de scie diamantées pour couper le substrat métallique). Les PCB FR4 ont des processus moins complexes, outillage standard.

Nombre de Couches

On peut ajouter plusieurs couches de cuivre aux PCB FR4. La plupart des PCB IMS sont monocouches.

Peu de PCB IMS multicouches existent en raison de la complexité de fabrication.

Limite d'Épaisseur

Pas de limite de couches pour FR4 = pas de limite d'épaisseur.

Les PCB IMS ne peuvent pas être trop épais, sinon ils perdent la plupart de leurs avantages.

Applications des Cartes IMS

Les cartes IMS s'utilisent dans diverses applications :

Électronique de Puissance

Électronique de Puissance

Les circuits électroniques de puissance ont des capacités de commutation générant beaucoup de chaleur, pouvant causer de graves dégâts si non contrôlée.

Les cartes IMS ont de hautes capacités de dissipation thermique, idéales pour l'électronique de puissance. Plus besoin de dissipateurs sur chaque composant, designs plus compacts.

Technologie LED

Circuit LED

Les cartes IMS s'accordent parfaitement à la technologie LED. Bien que les circuits LED soient économes et compacts, ils génèrent de la chaleur.

Créer ces circuits sur carte IMS est la meilleure option : absorption et dissipation efficaces de la chaleur.

Relais à État Solide

Relais à État Solide

Une application exploitant la conductivité thermique de l'IMS : le Relais à État Solide (SSR). Versions modernisées des relais mécaniques, ils intègrent circuits de pilotage optocoupleur et dispositifs de commutation de puissance.

Designs compacts réduisant la chaleur générée. Mais l'IMS absorbe et dissipe la chaleur dans le petit boîtier.

Industrie Automobile

Industrie Automobile

Les véhicules avancés ont de multiples unités de contrôle près ou dans le moteur. Ces circuits travaillent naturellement sous haute température.

Les PCB IMS sont excellents : propriétés mécaniques nécessaires et conductivité thermique pour ces applications.

Différents Types de Cartes IMS

Trois catégories : type de substrat métallique, nombre de couches PCB, position de montage des composants.

Type de Substrats Métalliques

Trois types selon le substrat métallique.

PCB Substrat Cuivre

Rares et chers. Pour applications nécessitant excellente conductivité électrique et thermique. Le cuivre offre le meilleur substrat mais n'est pas immunisé contre la corrosion.

PCB Substrat Aluminium

Plus courants et abordables. Propriétés électriques et thermiques standard.

PCB Substrat Acier Inoxydable

Moins chers que cuivre et aluminium. Performance thermique/électrique moindre, mais excellente résistance mécanique.

Couche PCB et Position Montage Composants

Quatre types selon position montage et couche PCB.

PCB IMS Double Face Montage Composants

Deux couches de masque de soudure pouvant accueillir différents composants. Substrat métallique au milieu, Vias pour transférer courant et chaleur. Résine autour des vias pour isolation.

Performance mécanique accrue et bonnes capacités dissipateur. Mais designs complexes uniquement.

PCB IMS Noyau Métallique Simple Face

Une seule couche de masque de soudure, une couche cuivre, substrat métallique en bas. Idéal pour circuits simples (LED, SSR). Substrat en bas = dissipateur.

PCB IMS Multicouche Double Face Montage

Layout complexe : deux masques de soudure doubles pour montage composants, plusieurs couches cuivre des deux côtés du substrat central.

Utilisables pour circuits complexes comme SBC (Single Board Computers). Substrat = dissipateur thermique.

PCB IMS Deux Couches Simple Face Montage

Deux couches cuivre avec couche FR4 entre elles. Intègre circuits plus complexes, réduit conductivité thermique.

Vias de transfert thermique compensent : touchent le bas des composants CMS et transfèrent chaleur au substrat en bas.

Fabricant PCB IMS

WellPCB

WellPCB est un fabricant PCB avancé offrant une large gamme d'options matériaux, dont PCB à base métallique.

WellPCB assure un contrôle qualité haut niveau avec révision du processus d'assemblage. Produits et services de haute qualité aux meilleurs prix.

En Résumé

Les PCB IMS offrent divers avantages pour différentes applications. Excellente résistance thermique et dissipation efficace. Même le substrat métallique le plus bas a meilleure conductivité thermique que la plupart des substrats.

Les PCB IMS offrent aussi performance mécanique et structures solides. Large gamme de dispositifs CMS utilisables.

Contactez-nous si vous avez besoin d'un PCB IMS !