PCB IMS: Sustrato Resistente a Altas Temperaturas para un Rendimiento Confiable

¿Estás diseñando un PCB y no sabes qué sustrato usar? Innegablemente, los sustratos forman una parte esencial de la fabricación de PCB. Y el primer paso para crear un PCB de alta calidad es elegir un sustrato adecuado. En verdad, el FR-4 es un sustrato más común para fabricación de PCB y es asequible. Sin embargo, te presentaremos otro tipo de sustrato: PCB IMS.

En este artículo, aprenderás todo sobre un PCB IMS y cómo se compara con el más común PCB FR-4.

¿Listo? ¡Empecemos!

¿Qué es un PCB IMS?

El término IMS significa sustrato metálico aislado (Insulated Metal Substrate). Los PCB IMS tienen placas de soporte metálicas separadas por una capa dieléctrica. Además, los conductores de cobre del circuito son los que generan esta capa dieléctrica.

Sustrato Metálico

Curiosamente, el propósito de la capa dieléctrica es transferir calor al sustrato metálico. En otras palabras, el sustrato metálico actúa como un disipador de calor que absorbe el exceso de calor del circuito. Además, el sustrato metálico proporciona una estructura robusta para el PCB.

Adicionalmente, las capas dieléctricas tienen características únicas de disipación de calor. Así que pueden soportar tensiones de altos voltajes. Como resultado, puedes encontrar PCB IMS en circuitos con generación severa de calor.

Ventajas de los PCB IMS

Los PCB FR4 presentan una dura competencia para los PCB IMS. Sin embargo, esta sección te mostrará qué tan bien se sostiene el IMS frente a su competencia. Aquí están las ventajas de usar PCB IMS.

Soporte Estructural

Los sustratos metálicos gruesos son robustos y ofrecen mejor soporte estructural para circuitos. También sirven como estructura principal para diferentes aplicaciones.

Blindaje Electromagnético

Los sustratos metálicos también proporcionan blindaje electromagnético. Por tanto, puedes usar IMS como plano de tierra activo de tu circuito. Indudablemente, este plano de tierra activo reduce los trazos de cobre necesarios para tu circuito, reduciendo costos de fabricación.

Conductividad Térmica Aumentada

Conductividad Térmica

Los metales son buenos conductores de calor, así que tiene sentido que el IMS tenga alta conductividad térmica. Y los PCB IMS tienen capacidades de conductividad térmica hasta 12 W/(m·K) y un grosor máximo de metal de 3,2 mm.

Pero eso no es todo. Diseñadores y fabricantes pueden aprovechar esta conductividad térmica aumentada e incluir varios componentes disipadores de calor en PCB IMS. Como resultado, obtendrás mejor compacidad general.

Inmunidad al Fuego

Inmunidad al Fuego

Los incendios regulares y el calor de los circuitos no pueden destruir el metal. Después de todo, los PCB IMS usan sustratos metálicos. Por tanto, tienen más inmunidad al fuego que los PCBs estándar.

Por consiguiente, los PCB IMS son mejores opciones para circuitos o aplicaciones de alta potencia, especialmente cuando el circuito está en un entorno de alta temperatura.

Compatibles con SMD (Dispositivos de Montaje Superficial)

Condensador SMD

Los PCB IMS son compatibles con dispositivos de montaje superficial. ¿Por qué? Porque los PCB IMS tienen alta conductividad térmica. Así que pueden absorber cualquier calor que generen los componentes SMD y disiparlo para evitar daños.

IMS vs. FR4

IMS y FR4 son excelentes sustratos con grandes beneficios. Pero debes entender las diferencias entre estos sustratos para saber cuál se adapta a tu aplicación.

Aquí están las diferencias entre IMS y FR4.

Componentes

Los PCB FR4 permiten montaje de componentes through-hole. Sin embargo, estos PCB deben ser de una sola capa. Contrariamente, los PCB IMS de una sola capa no permiten componentes through-hole.

Conductividad Térmica

Los PCB IMS ofrecen conductividad térmica aumentada y pueden manejar aplicaciones más intensivas en calor. Mientras que el PCB FR4 también proporciona conductividad térmica, no se compara con los PCB IMS.

Colores de Máscara de Soldadura

Encontrarás que los PCB IMS solo tienen máscara de soldadura blanca. Contrariamente, los PCB FR4 tienen tres colores de máscara de soldadura, incluyendo ámbar, verde y negro.

Proceso de Fabricación

El proceso de fabricación para PCB IMS es bastante complejo y requiere herramientas específicas. Por ejemplo, los fabricantes necesitan hojas de sierra recubiertas de diamante para cortar el material del sustrato metálico.

Sin embargo, los PCB FR4 tienen procesos de fabricación menos complejos, y puedes usar herramientas de mecanizado estándar.

Cantidad de Capas

Puedes agregar múltiples capas de cobre a los PCB FR4. En contraste, la mayoría de los PCB IMS tienen una sola capa.

En verdad, no verás muchos PCB IMS multicapa debido a su complejo proceso de fabricación.

Límite de Grosor

Como no hay límite en el número de capas que puedes agregar a un PCB FR4, tampoco hay límite en qué tan gruesos pueden llegar a ser.

Los PCB IMS, por otro lado, no pueden ser demasiado gruesos. De lo contrario, la PCB perderá la mayoría de sus beneficios si el grosor supera el límite.

Aplicaciones de Placas IMS

Puedes usar placas IMS para diversas aplicaciones. Algunas de estas aplicaciones incluyen:

Electrónica de Potencia

Electrónica de Potencia

Los circuitos electrónicos de potencia tienen capacidades de dispositivos de conmutación. Sin embargo, esta característica genera mucho calor, que puede causar daños severos al circuito si no se controla.

Las placas IMS tienen altas capacidades de disipación de calor, lo que las convierte en la opción para circuitos electrónicos de potencia. Además, no necesitarás instalar disipadores de calor en cada componente, permitiéndote crear diseños más compactos.

Tecnología LED

Circuito LED

Las placas IMS son combinaciones perfectas para tecnología LED. Aunque los circuitos LED son eficientes energéticamente y compactos, pueden generar alto calor.

Por tanto, crear estos circuitos con una placa IMS es la mejor opción. Después de todo, una placa IMS absorbe y disipa calor eficientemente.

Relés de Estado Sólido

Relés de Estado Sólido

Otra aplicación que hace excelente uso de la conductividad térmica de la placa IMS es el Relé de Estado Sólido (SSR). Los SSR son versiones modernizadas de relés mecánicos y a menudo cuentan con circuitos de control optoacoplador y dispositivos de conmutación de potencia.

Además, los SSR tienen diseños compactos, que ayudan a reducir la cantidad de calor generado. Sin embargo, los PCB IMS siguen funcionando en esta aplicación porque absorben calor y lo disipan en la carcasa pequeña.

Industria Automotriz

Industria Automotriz

Los vehículos avanzados cuentan con múltiples circuitos de unidad de control. Y estos circuitos están cerca o en el motor de tales autos. Así que estos circuitos naturalmente trabajan bajo altas temperaturas.

Por esta razón, los PCB IMS son excelentes opciones. En resumen, estas placas proporcionan las propiedades mecánicas necesarias y conductividad térmica para estas aplicaciones.

Diferentes Tipos de Placas IMS

Tenemos diferentes tipos de placas IMS según tres categorías: tipo de sustratos metálicos, capa de PCB y posición de montaje de componentes.

Tipo de Sustratos Metálicos

Tenemos tres tipos de placas IMS según el sustrato metálico.

PCB con Sustrato Metálico de Cobre

Los PCB con sustrato de cobre son bastante raros y caros. Funcionan para aplicaciones que requieren excelente conductividad eléctrica y térmica. Aunque el cobre ofrece el mejor material de sustrato, no es inmune a la corrosión.

PCB con Sustrato Metálico de Aluminio

Los materiales de sustrato de aluminio son más comunes y asequibles. Sin embargo, solo ofrecen propiedades eléctricas y conductividad térmica estándar.

PCB con Sustrato Metálico de Acero Inoxidable

Los materiales de sustrato de acero inoxidable son más baratos que sustratos de cobre y aluminio. Indudablemente, estos materiales no pueden ofrecer excelente rendimiento térmico y eléctrico. Pero ofrecen excelente resistencia mecánica.

Capa de PCB y Posición de Montaje de Componentes

Tenemos cuatro tipos de PCB IMS según la posición de montaje de componentes y capa de PCB.

PCB IMS con Montaje de Componentes en Ambos Lados

Los PCB IMS con este diseño cuentan con dos capas de máscara de soldadura. Curiosamente, estas capas pueden albergar diferentes componentes.

Además, el diseño presenta el sustrato metálico en el medio y Vías – para transferir corriente y calor. Además, hay material de resina rodeando las vías y proporcionando aislamiento.

Los PCB IMS con este diseño pueden ofrecer mayor rendimiento mecánico y decentes capacidades de disipador de calor. Sin embargo, tales diseños solo pueden crear circuitos complejos.

PCB IMS de Núcleo Metálico de Un Solo Lado

Los PCB IMS con este diseño cuentan con solo una capa de máscara de soldadura. También presenta una capa de cobre y un sustrato metálico en la parte inferior.

Estos diseños funcionan muy bien para circuitos simples como LEDs o SSRs. Además, el sustrato metálico en la parte inferior funciona como disipador de calor.

PCB IMS Multicapa con Montaje de Componentes en Ambos Lados

El layout de PCB IMS multicapa es bastante complejo. Así que hay dos máscaras de soldadura duales para montar componentes y varias capas de cobre en ambos lados del sustrato metálico central.

Puedes usar tales PCB IMS para circuitos complejos como SBCs (Computadoras de Placa Única). Y el sustrato metálico es el disipador de calor que ofrece conductividad térmica.

Dos Capas con Montaje de Componentes en Un Solo Lado PCB IMS

Este diseño tiene dos capas de cobre con una capa FR4 entre ellas. Estos diseños te permiten integrar circuitos más complejos y reducir la conductividad térmica.

Aunque la reducción en conductividad térmica no es tan grande, el diseño utiliza vías de transferencia de calor como compensación. Estas vías pueden tocar la parte inferior de componentes SMD y transferir calor al sustrato en la parte inferior.

Fabricante de PCB IMS

WellPCB

WellPCB es un fabricante avanzado de PCB que ofrece una amplia gama de opciones de materiales para fabricación de PCB, incluyendo PCB basados en metal.

WellPCB también asegura control de alta calidad con revisión del proceso de ensamblaje. Así que ten la seguridad de que obtendrás productos y servicios de la más alta calidad a los mejores precios.

Resumen

Los PCB IMS ofrecen varios beneficios que los hacen geniales para diferentes aplicaciones. Además, tienen excelente resistencia al calor y pueden disipar calor eficientemente. Incluso el material de sustrato metálico más bajo tiene mejor conductividad térmica que la mayoría de materiales de sustrato.

Los PCB IMS también ofrecen rendimiento mecánico y estructuras robustas para tus circuitos. Además, puedes usar una amplia gama de dispositivos de montaje superficial con un PCB IMS.

¡No dudes en contactarnos si necesitas un PCB IMS!