IMS PCB:Die super hitzebeständige Leiterplatte

Entwerfen Sie eine Leiterplatte und wissen nicht, welches Substrat Sie verwenden sollen? Substrate sind unbestreitbar ein wesentlicher Bestandteil der Leiterplattenherstellung. Und der erste Schritt zur Erstellung einer hochwertigen Leiterplatte ist die Auswahl eines geeigneten Substrats. Tatsächlich ist das FR-4 ein häufigeres Substrat für die Leiterplattenherstellung und erschwinglich. Wir stellen Ihnen jedoch einen anderen Substrattyp vor:IMS-Leiterplatten.

In diesem Artikel erfahren Sie alles über eine IMS-Leiterplatte und wie sie im Vergleich zur gebräuchlicheren FR-4-Leiterplatte abschneidet.

Sind Sie bereit? Fangen wir an!

Was ist eine IMS-Leiterplatte?

Der Begriff IMS steht für Insulated Metal Substrate. IMS-Leiterplatten haben metallische Trägerplatten, die durch eine dielektrische Schicht getrennt sind. Außerdem erzeugen die Kupferleiter der Schaltung diese dielektrische Schicht.

Metallsubstrat

Interessanterweise dient die dielektrische Schicht dazu, Wärme auf das Metallsubstrat zu übertragen. Mit anderen Worten, das Metallsubstrat ist wie ein Kühlkörper, der überschüssige Wärme von der Schaltung absorbiert. Außerdem bietet das Metallsubstrat eine stabile Struktur für die Leiterplatte.

Zusätzlich haben dielektrische Schichten einzigartige Wärmeableitungseigenschaften. So können sie Belastungen durch hohe Spannungen standhalten. Daher finden Sie IMS-Leiterplatten in Schaltkreisen mit starker Wärmeentwicklung.

Die Vorteile von IMS-Leiterplatten

FR4-Leiterplatten machten IMS-Leiterplatten eine harte Konkurrenz. Dieser Abschnitt zeigt Ihnen jedoch, wie gut sich das IMS gegen seine Konkurrenz behauptet. Hier sind die Vorteile der Verwendung von IMS-Leiterplatten.

Strukturelle Unterstützung

Dicke Metallsubstrate sind robust und bieten eine bessere strukturelle Unterstützung für Schaltkreise. Außerdem dienen sie als Hauptstruktur für verschiedene Anwendungen.

Elektromagnetische Abschirmung

Metallsubstrate stellen auch elektromagnetische Abschirmungen bereit. Daher können Sie IMS als aktive Masseebene Ihrer Schaltung verwenden. Zweifellos reduziert diese aktive Masseebene die für Ihre Schaltung erforderlichen Kupferbahnen und senkt dadurch die Herstellungskosten.

Erhöhte Wärmeleitfähigkeit

Wärmeleitfähigkeit

Metalle sind gute Wärmeleiter, daher ist es sinnvoll, dass das IMS eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Und IMS-Leiterplatten haben eine Wärmeleitfähigkeit von bis zu 12 W/(m·K) und eine maximale Metalldicke von 3,2 mm.

Aber das ist nicht alles. Designer und Hersteller können diese erhöhte Wärmeleitfähigkeit nutzen und mehrere wärmeableitende Komponenten in IMS-Leiterplatten integrieren. Dadurch erhalten Sie insgesamt eine bessere Kompaktheit.

Feuerimmunität

Feuerimmunität

Normale Brände und Hitze von Stromkreisen können Metall nicht zerstören. Schließlich verwenden IMS-Leiterplatten Metallsubstrate. Daher sind sie feuerfester als Standard-Leiterplatten.

Daher sind IMS-Leiterplatten bessere Optionen für Hochleistungsschaltungen oder -anwendungen, insbesondere wenn sich die Schaltung in einer Hochtemperaturumgebung befindet.

SMD-kompatibel (Surface-Mount Device)

SMD-Kondensator

IMS-Leiterplatten sind mit oberflächenmontierten Geräten kompatibel. Wieso den? Denn IMS-Leiterplatten haben eine hohe Wärmeleitfähigkeit. So können sie die von SMD-Bauteilen erzeugte Wärme absorbieren und ableiten, um Schäden zu vermeiden.

IMS vs. FR4

IMS und FR4 sind ausgezeichnete Substrate mit großen Vorteilen. Sie müssen jedoch die Unterschiede zwischen diesen Substraten verstehen, um zu wissen, welches für Ihre Anwendung geeignet ist.

Hier sind die Unterschiede zwischen IMS und FR4.

Komponenten

FR4-Leiterplatten ermöglichen die Montage von Durchgangslochkomponenten. Diese Leiterplatten müssen jedoch einlagige Leiterplatten sein. Im Gegensatz dazu erlauben einlagige IMS-PCBs keine durchkontaktierten Komponenten.

Wärmeleitfähigkeit

IMS-Leiterplatten bieten eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit und können wärmeintensivere Anwendungen bewältigen. Während die FR4-Leiterplatte auch Wärmeleitfähigkeit bietet, kann sie nicht mit IMS-Leiterplatten verglichen werden.

Lötmaskenfarben

Sie werden feststellen, dass IMS-Leiterplatten nur mit weißen Lötstoppmasken ausgestattet sind. Im Gegensatz dazu haben FR4-Leiterplatten drei Lötmaskenfarben, darunter gelb, grün und schwarz.

Herstellungsprozess

Der Herstellungsprozess für IMS-Leiterplatten ist ziemlich komplex und erfordert spezielle Werkzeuge. Beispielsweise benötigen Hersteller diamantbeschichtete Sägeblätter, um das Metallsubstratmaterial zu schneiden.

FR4-Leiterplatten haben jedoch weniger komplexe Herstellungsprozesse und Sie können Standard-Bearbeitungswerkzeuge verwenden.

Anzahl der Ebenen

Sie können FR4-Leiterplatten mehrere Kupferschichten hinzufügen. Im Gegensatz dazu sind die meisten IMS-Leiterplatten einlagig.

In Wahrheit werden Sie aufgrund ihres komplexen Herstellungsprozesses nicht viele mehrschichtige IMS-Leiterplatten sehen.

Dickengrenze

Da die Anzahl der Schichten, die Sie einer FR4-Leiterplatte hinzufügen können, unbegrenzt ist, gibt es auch keine Begrenzung, wie dick sie werden können.

IMS-Leiterplatten hingegen dürfen nicht zu dick sein. Andernfalls verliert die Leiterplatte die meisten ihrer Vorteile, wenn die Dicke die Grenze überschreitet.

Anwendungen von IMS-Boards

Sie können IMS-Boards für verschiedene Anwendungen verwenden. Einige dieser Anwendungen umfassen:

Leistungselektronik

Leistungselektronik

Leistungselektronische Schaltungen haben Schaltgerätefähigkeiten. Diese Funktion erzeugt jedoch viel Wärme, die unkontrolliert schwere Schäden an der Schaltung verursachen kann.

IMS-Boards haben hohe Wärmeableitungsfähigkeiten, was sie zur ersten Wahl für leistungselektronische Schaltungen macht. Außerdem müssen Sie nicht an jeder Komponente Kühlkörper installieren, sodass Sie kompaktere Designs erstellen können.

LED-Technologie

LED-Schaltung

IMS-Boards passen perfekt zur LED-Technologie. Obwohl LED-Schaltkreise energieeffizient und kompakt sind, können sie viel Wärme erzeugen.

Daher ist die Erstellung dieser Schaltungen mit einem IMS-Board die beste Option. Schließlich absorbiert und leitet ein IMS-Board Wärme effizient ab.

Halbleiterrelais

Halbleiterrelais

Eine weitere Anwendung, die die Wärmeleitfähigkeit der IMS-Platine hervorragend nutzt, ist das Halbleiterrelais (SSR). SSRs sind modernisierte Versionen mechanischer Relais und verfügen häufig über Optokoppler-Treiberschaltungen und Leistungsschaltgeräte.

Außerdem haben SSRs ein kompaktes Design, das dazu beiträgt, die erzeugte Wärmemenge zu reduzieren. IMS-Leiterplatten funktionieren jedoch immer noch in dieser Anwendung, da sie Wärme aufnehmen und in das kleine Gehäuse abgeben.

Automobilindustrie

Automobilindustrie

Fortgeschrittene Fahrzeuge verfügen über mehrere Steuereinheitsschaltkreise. Und diese Schaltungen sind entweder in der Nähe oder im Motor solcher Autos. Diese Schaltkreise funktionieren also natürlich unter hohen Temperaturen.

Aus diesem Grund sind IMS-Leiterplatten hervorragende Optionen. Kurz gesagt, diese Platten bieten die notwendigen mechanischen Eigenschaften und Wärmeleitfähigkeit für diese Anwendungen.

Verschiedene Arten von IMS-Boards

Wir haben verschiedene Arten von IMS-Platinen nach drei Kategorien:Art der Metallsubstrate, PCB-Schicht und Montageposition der Komponenten.

Art der Metallsubstrate

Je nach Metallsubstrat haben wir drei Arten von IMS-Boards.

Kupfermetallsubstrat PCB

Leiterplatten mit Kupfersubstrat sind ziemlich selten und teuer. Sie eignen sich für Anwendungen, die eine hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeit erfordern. Obwohl Kupfer das beste Substratmaterial bietet, ist es nicht korrosionsbeständig.

Leiterplatte mit Aluminiummetallsubstrat

Aluminiumsubstratmaterialien sind üblicher und erschwinglicher. Sie bieten jedoch nur die üblichen elektrischen Eigenschaften und die Wärmeleitfähigkeit.

Edelstahl-Metallsubstrat-Leiterplatte

Edelstahlsubstratmaterialien sind billiger als Kupfer- und Aluminiumsubstrate. Zweifellos können diese Substratmaterialien keine hervorragende thermische und elektrische Leistung erbringen. Aber sie bieten eine hervorragende mechanische Festigkeit.

PCB-Layer und Komponentenmontageposition

Wir haben vier Arten von IMS-Leiterplatten entsprechend der Komponentenmontageposition und der Leiterplattenschicht.

Zweikomponenten-Montageseite IMS-Leiterplatten

IMS-Leiterplatten mit diesem Design verfügen über zwei Lötmaskenschichten. Interessanterweise können diese Lötmaskenschichten verschiedene Komponenten beherbergen.

Außerdem verfügt das Design über das Metallsubstrat in der Mitte und Durchkontaktierungen – für die Übertragung von Strom und Wärme. Zusätzlich gibt es Harzmaterial, das die Durchkontaktierungen umgibt und eine Isolierung bietet.

IMS-Leiterplatten mit diesem Design können eine verbesserte mechanische Leistung und anständige Kühlkörperfähigkeiten bieten. Solche Designs können jedoch nur komplexe Schaltungen erstellen.

Einseitige IMS-Leiterplatten mit Metallkern

IMS-Leiterplatten mit diesem Design weisen nur eine Lötstopplackschicht auf. Außerdem verfügt es über eine Kupferschicht und ein Metallsubstrat an der Unterseite.

Diese Designs eignen sich hervorragend für einfache Schaltungen wie LEDs oder SSRs. Außerdem fungiert das Metallsubstrat an der Unterseite als Kühlkörper.

Mehrschichtige IMS-Leiterplatten mit zwei Komponenten zur seitlichen Montage

Das mehrschichtige IMS-PCB-Layout ist ziemlich komplex. So gibt es auf beiden Seiten des mittleren Metallsubstrats zwei doppelte Lötmasken zur Montage von Komponenten und mehrere Kupferschichten.

Sie können solche IMS-Leiterplatten für komplexe Schaltungen wie SBCs (Single Board Computers) verwenden. Und das Metallsubstrat ist der Kühlkörper, der Wärmeleitfähigkeit bietet.

Zwei Schichten mit IMS-Leiterplatten auf der Seite der Einzelkomponentenmontage

Dieses Design hat zwei Kupferschichten mit einer FR4-Schicht dazwischen. Mit diesen Designs können Sie komplexere Schaltungen integrieren und die Wärmeleitfähigkeit reduzieren.

Obwohl die Verringerung der Wärmeleitfähigkeit nicht so groß ist, nutzt das Design wärmeübertragende Vias als Kompensation. Diese Durchkontaktierungen können die Unterseite von SMD-Bauteilen berühren und Wärme auf das Substrat an der Unterseite übertragen.

IMS-PCB-Hersteller

Gut PCB

WellPCB ist ein fortschrittlicher Leiterplattenhersteller, der eine große Auswahl an Materialoptionen für die Leiterplattenherstellung anbietet, einschließlich metallbasierter Leiterplatten.

Die WellPCB gewährleistet auch eine hochwertige Kontrolle mit einer Überprüfung des Bestückungsprozesses. Seien Sie also versichert, dass Sie Produkte und Dienstleistungen von höchster Qualität zu den besten Preisen erhalten.

Aufrundung

IMS-Leiterplatten bieten verschiedene Vorteile, die sie für verschiedene Anwendungen hervorragend machen. Darüber hinaus haben sie eine hervorragende Hitzebeständigkeit und können Wärme effizient abführen. Selbst das niedrigste Metallsubstratmaterial hat eine bessere Wärmeleitfähigkeit als die meisten Substratmaterialien.

IMS-Leiterplatten bieten auch mechanische Leistung und robuste Strukturen für Ihre Schaltungen. Außerdem können Sie eine Vielzahl von oberflächenmontierten Geräten mit einer IMS-Leiterplatte verwenden.

Kontaktieren Sie uns gerne, wenn Sie eine IMS-Leiterplatte benötigen!