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PCB IMS

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Venture IMS PCB è squisitamente intrattenuto per l'assemblaggio di semplici substrati metallici isolati per funzionare in modo fluido. Un tipo di PCB IMS richiesto è il PCB IMS in alluminioche ha una produzione FR-4 di alto livello. I PCB IMS in alluminio Ventures sono progettati e utilizzati per dielettrici che comunemente sono 5-10 volte conduttivi termici. Utilizzando il termico, è più in grado di trasferirsi in modo aggressivo rispetto ad altri PCB rigidi.

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PCB IMS: la guida definitiva alle domande frequenti

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Diamo un'occhiata ad alcuni degli aspetti fondamentali del PCB IMS.

Sia che tu voglia conoscere specifiche, caratteristiche, proprietà o configurazioni; troverai tutte le informazioni proprio qui.

Quindi continua a leggere per saperne di più.

Che cos'è un PCB IMS?

IMS è l'abbreviazione di Insulated Metal Substrate.

Un circuito stampato IMS utilizza metallo per un substrato insieme a un sottile strato dielettrico e una pellicola di rame.

Molti PCB IMS sono schede a lato singolo a causa della configurazione e quindi supportano il fissaggio dei componenti solo su un lato.

È possibile collegare un dissipatore di calore alla piastra di base utilizzando viti e grasso per la dissipazione termica.

Si ottiene una dissipazione del calore superiore quando si utilizza un PCB IMS rispetto a un circuito stampato tradizionale.

L'uso di un PCB IMS è uno dei modi più semplici per mantenere freschi i componenti a montaggio superficiale.

PCB IMS

PCB IMS

Quali metalli puoi usare in un PCB IMS?

Quando si utilizza un PCB IMS, è possibile utilizzare i seguenti metalli come substrato:

alluminio

L'alluminio possiede proprietà sia metalliche che non metalliche ed è uno degli elementi più ampiamente disponibili sul pianeta.

Si estrae l'alluminio dal minerale di bauxite intraprendendo un processo di produzione per convertirlo in una forma utile.

Puoi realizzare leghe di alluminio combinandole con metalli come magnesio, silicio, zinco, rame e manganese.

Rispetto all'alluminio puro, la combinazione con altri elementi metallici migliora la lavorabilità, la conduttività elettrica, la forza, la densità e la resistenza alla corrosione.

L'alluminio è altamente duttile rendendo possibile la formazione di fogli sottili.

La sua elevata malleabilità, invece, consente di modellare facilmente il materiale in alluminio consentendone l'utilizzo nei PCB IMS.

Rame

Trovi rame da minerali di solfuro, carbonato e ossido e come sottoprodotto nella produzione di argento. Il rame e le sue leghe sono tra i materiali ingegneristici più adattabili.

Il rame è utile in tutte le applicazioni industriali grazie alle sue combinazioni di caratteristiche uniche, tra cui conducibilità, lavorabilità, resistenza alla corrosione, duttilità e resistenza.

Variazioni nella costituzione e nei metodi di produzione possono migliorare ulteriormente queste qualità.

Alcune delle proprietà del rame e delle sue leghe che ne consentono l'uso nei PCB IMS includono:

  • Eccellente conducibilità di calore ed elettricità.
  • Impeccabile resistenza alla corrosione.
  • Eccellente lavorabilità con proprietà meccaniche ed elettriche conservate a temperature criogeniche
  • Un alto punto di fusione allo stato puro del 1083o

Il rame è solo secondo all'argento in termini di conducibilità elettrica che corrisponde al 97% della conduttività dell'argento.

Utilizzi il rame nei PCB IMS a causa della sua disponibilità e dei suoi costi.

Acciaio inossidabile

L'acciaio inossidabile si riferisce a un gruppo di leghe a base di ferro resistenti alla corrosione e al calore.

Una caratteristica distintiva dell'acciaio inossidabile è il suo contenuto di cromo del 10.5 percento, che conferisce una migliore resistenza alla corrosione rispetto ad altri acciai.

Puoi anche impiegare molibdeno, nichel, azoto e magnesio nella lega di acciaio inossidabile.

L'acciaio con un contenuto di cromo minimo del 10 percento offre una protezione dalla corrosione fino a 5 volte superiore rispetto all'acciaio senza.

Apprezzi il suo utilizzo in PCB IMS per la sua resistenza, durata, lavorabilità, bassa manutenzione, eco-compatibilità, riciclabilità e resistenza termica.

L'acciaio inossidabile non necessita di un trattamento regolare tramite rivestimento e verniciatura una volta in uso.

Perché utilizzi PCB IMS?

Lo stress termico simile a quello mostrato nei processori, può portare a un cattivo funzionamento dei circuiti stampati o addirittura al guasto.

L'aumento della possibilità di stress termico è aumentato in modo significativo con i progressi tecnologici e la miniaturizzazione delle apparecchiature.

Nei circuiti odierni trovi i componenti impilati strettamente in un fattore di forma ridotto.

Di conseguenza, una gestione efficace e adeguata del calore nei PCB è fondamentale per prevenire la completa perdita di funzionalità dei dispositivi.

L'utilizzo di un PCB IMS è un'efficace tecnica di gestione termica per dissipare il calore dai componenti primari del circuito stampato.

Tali componenti includono LED e transistor che generano molto calore.

Dove impieghi i PCB IMS?

I PCB IMS sono utili in applicazioni ad alta potenza in cui si hanno grandi carichi meccanici con un'impeccabile stabilità dimensionale desiderata.

Trovi che questi PCB ti consentano di utilizzare tracce più sottili, ottenere una maggiore densità dei componenti e prolungare la vita del prodotto.

Componenti come LED e transistor generano molto calore che puoi facilmente eliminare con un PCB IMS.

Quando si utilizza un substrato metallico isolato, si ottiene una conduttanza termica fino a dieci volte superiore rispetto al normale FR4.

Alcune delle applicazioni comuni dei PCB IMS sono:

Illuminazione a LED

I circuiti LED stanno diventando sempre più piccoli, efficienti dal punto di vista energetico e con un'elevata potenza.

Utilizzi PCB IMS nei circuiti LED perché assorbono in modo efficiente l'energia termica prodotta dai componenti LED.

Produzione automobilistica

Centinaia di centraline compongono auto moderne. Trovi questi piccoli computer intorno all'area del motore dove sono esposti a temperature estreme.

I PCB IMS hanno la conduttività termica e le qualità meccaniche richieste da queste applicazioni.

Circuiti di potenza

I circuiti di alimentazione utilizzano dispositivi di commutazione che generano molto calore.

I PCB IMS trasferiscono il calore in modo efficiente senza la necessità di dissipatori di calore discreti per ciascun componente, rendendo realizzabili progetti più piccoli.

Relè a stato solido

L' Relè a stato solido (SSR) è un moderno successore dei relè meccanici costituiti da un fotoaccoppiatore e a MOSFET.

Questi componenti sono imballati saldamente in un minuscolo involucro che funge anche da dissipatore di calore.

Utilizzi PCB IMS per raccogliere il calore dei componenti e trasportarlo per l'eliminazione nell'armadio.

Di quali qualità dei materiali hai bisogno per PCB IMS?

Quando si valuta un PCB IMS, è necessario tenere conto sia delle qualità meccaniche che elettriche del materiale di base.

Alcune delle caratteristiche chiave sono le seguenti:

  • Costante dielettrica: confronta la capacità del materiale del substrato con quella di un vuoto nel ruolo di dielettrico.
  • Coefficiente di espansione termica (CTE): misura l'entità del cambiamento dei substrati metallici nella direzione dell'asse z in seguito all'esposizione al calore.
  • Temperatura di transizione vetrosa (Tg): Il materiale cessa di funzionare come materiale duro ed entra in uno stato plastico.
  • Temperatura di decomposizione (Td): determina la resistenza al calore del materiale che ne influenza la struttura fisica.
  • Tempo di delaminazione: monitora il tempo impiegato dal supporto per la delaminazione alle temperature di 260 e 288 oC rispettivamente.
  • Indice di tracciamento comparativo: misura le qualità di rottura elettrica del substrato.

Quali sono i vantaggi dell'utilizzo di un PCB IMS?

L'utilizzo di un PCB IMS offre diversi vantaggi come segue:

  • Un PCB IMS ha una conduttività termica migliore rispetto a un PCB FR4 convenzionale che può essere dieci volte superiore.

La conducibilità termica sui PCB IMS può variare da 1 a 12 W/mK

  • È possibile utilizzare il substrato di metallo spesso nel PCB IMS per il supporto strutturale nel dispositivo.
  • È possibile imballare in modo ravvicinato i componenti che dissipano il calore elevato nei PCB IMS, consentendo la formazione di dispositivi compatti.

Lo trovi possibile grazie all'efficiente conduzione del calore che sperimenti in queste schede.

  • I PCB IMS sono meno suscettibili al fuoco rispetto ai PCB FR-4 poiché utilizzano il metallo come materiale di substrato.

È quindi possibile utilizzare PCB IMS in applicazioni ad alta potenza o in ambienti combustibili o con temperature elevate.

  • Quando si utilizza un PCB IMS, ci si può permettere la schermatura elettromagnetica fornita dal substrato metallico.

È inoltre possibile utilizzare il substrato metallico come strato di base, eliminando la necessità di tracce aggiuntive, risparmiando sui costi.

  • L'utilizzo di dispositivi a montaggio superficiale con PCB IMS è più semplice poiché la scheda può assorbire e distribuire immediatamente il calore generato.

Quali sono i tipi di PCB IMS?

È possibile classificare i PCB IMS con il tipo di metallo che utilizzano come substrato in quanto segue:

  • PCB IMS in alluminio: Molti PCB IMS utilizzano il metallo di alluminio come materiale di substrato a causa del suo basso costo.

L'alluminio è anche più leggero del rame con una conduttività termica vicina a quella del rame.

PCB IMS in alluminio

PCB IMS in alluminio

  • PCB IMS in acciaio inossidabile: Utilizzi l'acciaio inossidabile dove desideri resistenza meccanica per il tuo PCB IMS.

L'acciaio inossidabile è anche più economico dell'alluminio ma rispetto al rame e all'alluminio è il meno conduttivo.

  • PCB IMS in rame: Il rame offre un'eccellente conduzione termica rispetto all'alluminio e all'acciaio inossidabile e quindi costa molto di più.

Inoltre, il rame è più pesante e si corrode facilmente sia dell'alluminio che dell'acciaio inossidabile.

PCB IMS in rame

PCB IMS in rame

Come si può configurare un PCB IMS?

È possibile configurare un PCB IMS nei seguenti modi:

Unilaterale

I componenti vengono installati su un lato quando si utilizza un PCB IMS a lato singolo.

Solo un lato di questo tipo di PCB IMS può essere utilizzato per installare i componenti.

Hai un singolo strato di rame lungo il substrato di metallo che funge anche da dissipatore di calore.

A due strati con montaggio di componenti su un lato

In questa configurazione, si utilizzano una coppia di strati di rame per ospitare circuiti aggiuntivi.

Tuttavia, puoi popolare solo uno strato di rame e puoi utilizzare una pellicola FR-4 tra gli strati di rame. L'uso di vie che collegano lo strato del componente al substrato può migliorare la conduttività termica della scheda.

Montaggio di componenti su due lati

Hai due strati conduttivi di rame che puoi popolare in questa configurazione.

Metti a sandwich il substrato metallico usando vie per il trasferimento del segnale di calore e corrente.

Le qualità meccaniche di questi PCB sono migliorate con l'isolamento in resina delle vie di passaggio della corrente. Tuttavia, la qualità del dissipatore di calore del substrato metallico diminuisce a causa della sua posizione nel mezzo.

Multistrato Con Montaggio Componenti Doppio Lato

Un PCB IMS con questa disposizione è il più complicato contenente più strati di rame su entrambi i lati del substrato metallico.

È possibile montare componenti su entrambi gli strati di rame esterni consentendo una maggiore densità e funzionalità.

Come si confronta un PCB IMS con un PCB FR-4?

Il principale aspetto differenziale tra un PCB IMS e un PCB FR-4 è nella capacità di conducibilità termica e nelle qualità meccaniche.

I PCB IMS offrono una migliore conduttività termica rispetto alle tradizionali schede FR-4 con la loro struttura rigida che migliora la resistenza meccanica della scheda.

PCB FR-4

PCB FR-4

Altre differenze sono le seguenti:

  • È possibile inserire componenti a foro passante quando si utilizza un PCB FR-4 con un solo strato.

Tuttavia, non è pratico impiegare fori passanti in un PCB IMS che impiega un singolo strato.

  • I PCB IMS hanno una conduttività termica superiore rispetto a PCB FR4 simili.
  • Utilizzi solo maschere di saldatura bianche per PCB IMS. Hai un'ampia gamma di opzioni di colore per PCB FR4 che vanno da verde, giallo, nero, blu, tra gli altri.
  • Nella realizzazione di PCB IMS, utilizzi macchinari specializzati come lame con rivestimento diamantato a causa del materiale del substrato metallico.

La produzione di FR-4 impiega attrezzature e macchinari standard.

  • Quando crei PCB FR-4, puoi avere più strati. Un PCB IMS è per lo più efficace con un solo strato.
  • È possibile fornire un PCB FR-4 con spessori molto maggiori rispetto ai PCB IMS.

Il superamento di uno spessore di cetina per un PCB IMS rende la sua efficacia nulla in termini di conducibilità termica.

Quale finitura superficiale puoi utilizzare su un PCB IMS?

Finitura superficiale PCB è un rivestimento metallico che si applica sulla traccia per proteggere il rame sottostante dall'ossidazione.

La corrosione della traccia conduttiva di rame può causare l'interruzione del flusso del segnale con conseguente guasto.

Alcune delle finiture superficiali che utilizzi per un PCB IMS sono:

HASL / HASL senza piombo

Il livellamento per saldatura ad aria calda presenta la finitura superficiale più comune nella produzione di schede.

Immergi la scheda in una lega di stagno/piombo fusa, prima di eliminare la saldatura in eccesso soffiando con aria calda.

In HASL senza piombo, sostituisci il piombo con altro metallo a causa della classificazione del piombo come sostanza pericolosa soggetta a restrizioni.

HASL espone il tuo circuito stampato a temperature elevate, consentendoti di evidenziare eventuali problemi di delaminazione prima dell'assemblaggio dei componenti.

OSP (conservante organico di saldabilità)

L'OSP è un tipo di finitura superficiale a base di acqua utilizzato nella protezione delle pastiglie di rame dalla corrosione. L'OSP richiede poca manutenzione, fornisce una superficie complanare ed essendo senza piombo è ecologico.

Tuttavia, manca della durata dell'HASL ed è delicato al tatto.

Nichel elettrolitico Immersion Gold (ENIG)

ENIG comprende una coppia di stratificazione sul rame composta da metalli di nichel e oro.

Il nichel offre protezione dal rame come superficie di saldatura effettiva per i componenti.

L'oro protegge il nichel durante lo stoccaggio offrendo una bassa resistenza di contatto.

Poiché è conforme alla RoHS, è una finitura superficiale popolare che offre una superficie liscia offrendo allo stesso tempo una lunga durata.

Argento ad immersione

Nell'argento per immersione, si applica una finitura chimica sul rame immergendolo in un contenuto di ioni d'argento. Il processo è un processo non elettrolitico che produce una finitura fantastica per i circuiti stampati schermati EMI.

Con questa finitura si ottiene uno spessore superficiale medio e uniforme compreso tra 5 e 18 micro pollici.

La finitura è ecologica e meno costosa rispetto a ENIG.

Stagno ad immersione

Si ottiene una finitura metallica con immersione attraverso la deposizione chimica diretta di stagno sul rame.

Il rame forma un forte legame con lo stagno ottenendo uno scudo permanente per la protezione contro l'ossidazione.

Poiché il processo non utilizza elementi di piombo, è rispettoso dell'ambiente. Inoltre, ottieni una superficie piana che è rilavorabile.

Come si salda un PCB IMS?

La saldatura di PCB IMS su un'onda di saldatura non richiede modifiche alla tecnica di saldatura.

Pompi lo stagno nei fori per i componenti dal basso, collegandoli istantaneamente alla parete di rame del trapano.

Tuttavia, a seconda del tipo di scheda IMS, la saldatura a riflusso potrebbe richiedere alcune modifiche al profilo di saldatura.

In una procedura di saldatura a rifusione, il vantaggio principale dei PCB IMS è contro di te.

Si noti che la capacità di dissipare efficacemente il calore fa riscaldare i pad di saldatura più lentamente. Per modificare il profilo di saldatura, trovi due fattori influenti:

lo spessore del substrato di metallo e la dimensione del pannello.

La durabilità dei componenti limita il picco di temperatura lasciando il tempo di permanenza pre-punto di fusione come unica variabile di processo modificabile.

Garantire un riscaldamento sufficiente della scheda in questo momento per evitare che meno calore si scarichi al picco successivo.

Perché l'alluminio è preferito al rame nel PCB IMS?

I PCB IMS utilizzano un substrato metallico per migliorare le proprietà termiche e meccaniche della scheda.

L'uso di un substrato metallico migliora la conduttività termica fino a dieci volte quella di una scheda simile che utilizza un substrato FR-4.

L'alluminio trova un uso comune come materiale di supporto per tali schede perché è economico e leggero.

Sebbene il rame abbia una maggiore conduttività termica e un CTE inferiore, costa molto più relegandolo a progetti ad alta densità.

Quali tecniche di incisione applichi nella fabbricazione di PCB IMS?

Si utilizza la tecnica dell'incisione per rimuovere selettivamente la superficie di un substrato o di uno strato in linea con il disegno.

È possibile utilizzare l'incisione a umido o l'incisione a secco per il PCB IMS.

Acquaforte a umido

L'incisione a umido è un metodo che prevede l'immersione dei materiali in una soluzione di incisione il cui uso è diffuso.

Tre fattori influenzano la velocità di incisione, vale a dire: agitazione, concentrazione della soluzione di incisione e temperatura della soluzione di incisione.

L'incisione a umido è un processo isotropo.

Quando si aumenta la temperatura di incisione e si implementa l'agitazione, è possibile aumentare notevolmente la velocità di incisione.

Acquaforte a secco

L'incisione a secco è l'approccio più comune per incidere oggetti di dimensioni inferiori al micron poiché utilizza il plasma per incidere strati sottili.

Il plasma avvia una reazione con lo strato superficiale con conseguente produzione di sostanze chimiche volatili.

Puoi anche usare il plasma per aggredire direttamente la superficie del film. Il processo di incisione a secco è anisotropo.

Quali sono le caratteristiche del processo di incisione nel PCB IMS?

È possibile caratterizzare il processo di incisione in base alla tecnica utilizzata, ovvero incisione a umido o incisione a secco.

Alcune delle caratteristiche sono le seguenti:

  • Per l'incisione a umido, sebbene sia poco costoso, puoi utilizzarlo per tutti i metalli nei PCB IMS ottenendo una superficie uniforme.
  • La selettività nell'incisione a umido è elevata ed è possibile eseguire il processo in superficie senza danneggiare quella sottostante.
  • Si utilizza un meccanismo di sputtering di ioni fisici nell'incisione fisica a secco con conseguente velocità di incisione rapida.
  • L'incisione fisica a secco consente il controllo della larghezza della linea che semplifica il processo con un profilo anisotropo della parete laterale.
  • L'incisione chimica a secco è un processo lento che prevede l'interazione chimica tra gli elementi attivi.
  • Ottenere il controllo della larghezza della linea nell'incisione chimica a secco è difficile con un profilo della parete laterale isotropo.

Quali alternative di gestione termica ci sono per un PCB IMS?

La gestione termica è essenziale nelle schede ad alta potenza dove c'è una grande dissipazione di calore.

Se non gestito, l'accumulo di calore sulla superficie del circuito stampato può indurre sollecitazioni che possono ostacolare la funzionalità e persino causare danni.

L'uso di un PCB IMS è un modo efficiente per frenare l'accumulo di calore sul circuito stampato.

Tuttavia, quando si dispone di un numero elevato di livelli o si devono affrontare vincoli di costo, è possibile utilizzare altre alternative.

Le alternative di gestione termica per i PCB IMS sono:

  • Usando i vias termici che sono piccoli fori placcati che collegano i tuoi strati PCB creando un percorso continuo per il trasferimento termico.
  • Impiegando spessi strati di rame per aumentare la superficie per la distribuzione e la dissipazione del calore.
  • Puoi collegare un dissipatore di calore alla base della tua tavola convenzionale per raccogliere il calore per l'eliminazione esterna tramite convezione.

Quale spessore del rame puoi usare nel PCB IMS?

Lo spessore del rame nel progetto del circuito stampato determina la capacità di trasporto di corrente del PCB. La misurazione dello spessore del rame è in once che è abitualmente una misura del peso.

Tuttavia, la misurazione dell'oncia descrive lo spessore che si ottiene quando si posiziona il peso di rame in un'area di un metro quadrato.

Ad esempio, un peso di rame di un'oncia raggiungerà uno spessore di 1.4 mil.

Quando si fabbricano PCB IMS, è possibile utilizzare uno spessore del rame di 0.5 once, 1 oz, 2 oz e 3 oz.

In sostanza identifichi questi pesi di rame come pesi di rame standard con quelli oltre 3 once come rame spesso.

Si scopre che l'uso di rame spesso sui PCB IMS nega i vantaggi della conduttività termica desiderati dall'impiego di un substrato metallico.

Come ridurre al minimo i difetti di perforazione quando si lavora su PCB IMS?

Il processo di perforazione consente di creare fori per il fissaggio dei componenti e la connessione tra gli strati.

È un processo preciso che richiede precisione nelle sue prestazioni per prevenire danni alla scheda.

È possibile riscontrare difetti durante la perforazione del processo di perforazione che è possibile ridurre al minimo come segue:

  • diffamatorio: Si utilizza questa procedura chimica per rimuovere la resina fusa che si è accumulata sulle pareti del foro praticato.
  • Sbavatura: Impiega la motorizzazione per eliminare le bave, che sono estensioni sporgenti di rame che si formano durante il processo di perforazione.
  • La delaminazione: Comporta la separazione degli strati nel tuo PCB durante il processo di perforazione che puoi ridurre al minimo impiegando la perforazione laser.

Che cos'è la conduttività termica nel PCB IMS?

La conducibilità termica si riferisce esclusivamente alla conduzione del calore ma non al suo trasferimento per convezione o irraggiamento. Esprimi la conduttanza, influenzata dalle dimensioni del PCB IMS, usando il coefficiente Watt per Kelvin (W/K).

Prendi in considerazione l'impedenza termica quando scegli un materiale per il tuo PCB IMS poiché influenza la conduttività termica.

La resistenza termica di un materiale si riferisce alla sua resistenza interna al flusso di calore.

Avere un materiale con una bassa resistenza termica indica una maggiore capacità di condurre il calore.

L'impedenza termica condivide aspetti simili con la resistenza termica ma si riferisce alla costante della superficie di contatto.

Quando la tensione di sfondamento è insignificante durante la selezione del materiale, è possibile utilizzare un dielettrico sottile con conduttività termica ridotta.

È possibile ottenere un'impedenza termica simile in questo modo.

Quali sono gli standard utilizzati nella produzione di PCB IMS?

Gli standard sono essenziali per garantire la qualità dei prodotti guidando il processo di produzione dei PCB IMS.

Alcuni standard comuni includono:

  • IPC-2221: Fornisce linee guida per il processo di progettazione PCB.

Comprende caratteristiche come il layout del progetto, i materiali, le qualità meccaniche, gli elenchi delle parti, la gestione termica e le proprietà elettriche.

  • IPC-6012B: Specifica i requisiti di certificazione e prestazioni per la fabbricazione di PCB rigidi.

Specifica gli standard per la spaziatura dei conduttori, la saldabilità e l'integrità strutturale per una varietà di raggruppamenti di prodotti.

  • J-STD-001: Specifica i materiali, le tecniche e altri requisiti per le interconnessioni saldate di alta qualità.

Enfatizza il controllo di processo ed evidenzia le specifiche per una varietà di prodotti elettronici.

  • IPC-TM-650: Insieme di regole per valutare diversi elementi di circuiti stampati come testare la propensione di un PCB alla migrazione elettrochimica superficiale.

È inoltre possibile determinare la resistenza al flusso di corrente sulla superficie del substrato e valutare la pulizia ionica di una lastra.