Placas de circuito impresso IMS de dupla face: Usos, benefícios e aplicações em LED, automotivo e eletrônica de potência

Os PCBs de substrato metálico isolado (IMS) de dois lados surgiram como uma mudança de jogo na eletrônica de alta potência, combinando uma gestão térmica superior com flexibilidade de design.,que se baseiam em núcleos de fibra de vidro, estas placas especializadas têm um substrato metálico (alumínio, cobre ou liga) enfiado entre duas camadas de cobre condutor e um dielétrico isolante.Esta estrutura permite uma dissipação de calor eficiente, essencial para dispositivos como os LEDs de alta luminosidade., módulos de potência automotivos e inversores industriais, permitindo a colocação de componentes em ambos os lados para projetos compactos e de alta densidade.

Este guia explora as propriedades únicas dos PCBs IMS de duas faces, os compara com outros tipos de PCB, destaca as principais aplicações,e explica por que fabricantes como LT CIRCUIT estão liderando o caminho nesta tecnologia. Quer esteja a conceber uma luminária LED de 100 W ou um sistema de gestão de baterias de veículos eléctricos (EV), a compreensão dos PCBs IMS de dois lados ajudará a otimizar o desempenho, a fiabilidade e a longevidade.

Principais conclusões
1Superioridade térmica: os PCBs IMS de dois lados oferecem condutividade térmica de até 8 W/m·K (camada dielétrica) e 400 W/m·K (substrato de cobre), superando o FR-4 (0,2 ∼0,4 W/m·K) na dissipação de calor.
2.Flexibilidade de projeto: a colocação de componentes em ambos os lados reduz o tamanho da placa em 30~50% em comparação com os PCBs IMS unilaterais, ideais para aplicações de espaço limitado, como sensores automotivos.
3Durabilidade: os núcleos metálicos resistem às vibrações (20G+) e às variações de temperatura (-40°C a 125°C), tornando-os adequados para ambientes adversos.
4.Amigável ao ambiente: substratos metálicos recicláveis e materiais sem chumbo estão alinhados com as regulamentações globais de sustentabilidade (RoHS, REACH).
5Aplicações: predominante em iluminação LED, eletrônica automotiva, conversores de energia e sistemas de energia renovável.

O que são PCBs IMS de dois lados?
Os PCBs IMS de dois lados (PCBs de substrato metálico isolado) são placas de circuito avançadas concebidas para enfrentar dois desafios críticos: gestão de calor e eficiência de espaço.A sua estrutura difere fundamentalmente dos PCB tradicionais, com três camadas-chave que trabalham em conjunto:

Estrutura do núcleo

Como funcionam
O calor gerado por componentes (por exemplo, LEDs, MOSFETs de potência) viaja através das camadas de cobre para o dielétrico, que efetivamente o transfere para o substrato metálico.O substrato espalha então o calor pela sua superfícieEste processo mantém as temperaturas dos componentes 20°C abaixo dos PCB FR-4, prolongando a vida útil e evitando falhas térmicas.

Principais diferenças com outros PCB
a. versus FR-4 tradicional: PCBs IMS substituem a fibra de vidro com um núcleo metálico, aumentando a condutividade térmica em 5×20.
b. versus IMS unilateral: os projetos de dois lados permitem a colocação de componentes em ambos os lados, reduzindo a pegada e permitindo circuitos mais complexos.
c. versus PCB cerâmicos: os PCB IMS oferecem 70% menos peso e custo do que os cerâmicos, proporcionando desempenho térmico comparável para a maioria das aplicações.

Vantagens dos PCB IMS de dois lados
A estrutura única dos PCBs IMS de dois lados oferece vantagens que os tornam indispensáveis na eletrônica de alta potência:

1. Gestão térmica superior
a.Eficiência na dissipação de calor: o substrato metálico e a camada dielétrica trabalham em conjunto para afastar o calor dos componentes sensíveis.um módulo LED de 100 W num PCB IMS de dois lados que funciona a 65°C, versus 95°C num PCB FR-4®, estendendo a vida útil do LED de 30.000 a 50.000 horas.
b.Reduzidos os pontos quentes: o núcleo metálico distribui o calor uniformemente, evitando o superaquecimento localizado em projetos com alta densidade de energia, como inversores EV.

2- Projetos que poupam espaço
a.Posicionamento de componentes de dois lados: a montagem de componentes em ambos os lados reduz a área da placa em 30 a 50%.cabem 2 vezes mais componentes no mesmo volume em comparação com um projeto unilateral.
b. Perfis mais finos: elimina a necessidade de dissipadores de calor externos em muitas aplicações, reduzindo a espessura global do dispositivo em 20-40%.

3. Durabilidade melhorada
a. Resistência a vibrações: os núcleos metálicos suportam vibrações de 20G (por MIL-STD-883H), superando o FR-4 (10G) em ambientes automotivos e industriais.
b. Estabilidade a temperatura: funciona de forma fiável entre -40°C e 125°C, tornando-o adequado para sistemas automotivos sob capô e luminárias LED exteriores.
c. Resistência mecânica: Resiste à deformação e dobra, essencial para aplicações resistentes, como sensores de veículos off-road.

4- Vantagens ambientais e de custo
a.Sustainabilidade: Os substratos de alumínio e cobre são 100% recicláveis, alinhados com as iniciativas de fabricação ecológica.
b.Redução dos custos totais: Elimina os dissipadores de calor externos, reduzindo os custos de BOM em 15~20% nos projetos de LED e de alimentação.

IMS de dois lados versus outros tipos de PCB

Principais informações: PCBs IMS de dois lados alcançam o equilíbrio ideal de desempenho térmico, custo e flexibilidade para a maioria das aplicações de alta potência,Superando o FR-4 na gestão de calor e o IMS unilateral na eficiência do espaço.

Aplicações dos PCB IMS de dois lados
Os PCB IMS de dois lados são transformadores em indústrias onde o calor e o espaço são restrições críticas:
1. Iluminação LED
a.LEDs de alto brilho: luzes de rua, luminárias de estádio e lâmpadas hortícolas usam PCBs IMS de dois lados para gerenciar níveis de potência de 50 ‰ 200 W. O núcleo metálico evita o superaquecimento da junção do LED,Manter o brilho e a consistência da cor.
b.Iluminação automóvel: os faróis e as luzes traseiras beneficiam da colocação de componentes de dois lados, montando circuitos complexos (condutores, sensores) em caixas finas, resistindo às temperaturas sob o capô.

2Eletrónica automóvel
a.Módulos de alimentação de veículos eléctricos: os inversores e os sistemas de gestão de baterias (BMS) utilizam PCBs IMS de núcleo de cobre para lidar com correntes de 200 a 500 A, mantendo os MOSFETs e condensadores frescos durante a carga rápida.
b. Sensores ADAS: os módulos de radar e LiDAR dependem da resistência à vibração do núcleo metálico para manter a calibração em condições acidentadas.
c. Sistemas de informação e entretenimento: os projetos compactos cabem em mais componentes (processadores, amplificadores) em painéis apertados, enquanto dissipam o calor dos alto-falantes de alta potência.

3Eletrónica de Potência
a.Inversores industriais: Convertem AC em CC em sistemas de 100 ‰ 1000 W, utilizando IMS de dois lados para gerenciar o calor dos retificadores e transformadores.
b. Microinvertidores solares: montados em painéis solares, estes utilizam PCBs IMS de núcleo de alumínio para suportar temperaturas externas enquanto convertem DC em AC de forma eficiente.
c. Fornecimentos de energia ininterruptíveis (UPS): asseguram uma energia de reserva fiável com estabilidade térmica durante uma operação prolongada.

4Energia renovável
a. Controles de turbinas eólicas: Gerenciar sistemas de passo e de curvatura nas gôndelas, onde as variações de temperatura e as vibrações exigem PCBs duráveis e resistentes ao calor.
b.Sistemas de armazenamento de energia (ESS): equilibrar as células de bateria em sistemas de 10 a 100 kWh, utilizando PCBs IMS para evitar a fuga térmica.

LT CIRCUIT's Soluções de PCB IMS de dois lados
A LT CIRCUIT é especializada na fabricação de PCBs IMS de dois lados de alto desempenho, com capacidades adaptadas a aplicações exigentes:

Conhecimentos técnicos em fabrico
a. Opções de materiais: substratos de alumínio (padrão), cobre (alta potência) e liga (alta resistência) para atender às necessidades da aplicação.
b.Customização: camadas de cobre de 1 ¢ 3 oz, espessura dielétrica (50 ¢ 200 μm) e acabamentos de superfície (ENIG, HASL) para resistência à corrosão.
c. Características avançadas: vias térmicas (0,3 ∼0,5 mm) para melhorar a transferência de calor entre as camadas; capacidades de HDI para componentes de pitch fino (0,4 mm BGA).

Qualidade e certificações
a.ISO 9001:2015: Assegura processos de produção consistentes e controlo de qualidade.
b.IATF 16949: Conformidade com as normas da indústria automóvel em matéria de fiabilidade e rastreabilidade.
c.RoHS/REACH: Materiais sem chumbo e sem halogênio para projetos ecológicos.

Avanços tecnológicos
LT CIRCUIT integra inovações de ponta para impulsionar o desempenho do IMS PCB:

a.Dieletricos de alta temperatura: Epóxies cerâmicas com condutividade de 8 W/m·K para aplicações de calor extremo.
b.Desenho baseado em IA: as ferramentas de simulação térmica optimizam a colocação dos componentes para minimizar os pontos quentes.
c.Fabricação sustentável: núcleos de alumínio recicláveis e máscaras de solda à base de água reduzem o impacto ambiental.

Perguntas frequentes
P: Por que os PCBs IMS de dois lados são melhores para iluminação LED?
R: Seu núcleo metálico dissipa o calor 5 vezes mais rápido do que o FR-4, mantendo os LEDs 20-30°C mais frios e prolongando a vida útil em 50%+ em luminárias de alta luminosidade.

P: Os PCBs IMS de dois lados podem lidar com altas tensões?
R: Sim. A camada dielétrica fornece isolamento elétrico de até 2 kV, tornando-os adequados para conversores de energia e sistemas EV.

P: Quanto custam os PCBs IMS de dois lados em comparação com os FR-4?
R: Eles custam 2×3 vezes mais no início, mas reduzem os custos totais do sistema, eliminando dissipadores de calor externos e reduzindo as taxas de falha.

P: Qual é a temperatura máxima de funcionamento dos PCB IMS de dois lados?
R: Com núcleos de alumínio, eles funcionam de forma confiável até 125 °C; os projetos de núcleo de cobre suportam 150 °C para aplicações industriais.

P: Os PCB IMS de duas faces são recicláveis?
R: Sim, os substratos de alumínio e cobre são 100% recicláveis, alinhados com os objetivos de sustentabilidade nas indústrias automotiva e de energia renovável.

Conclusão
Os PCBs IMS duplos estão a redefinir a eletrónica de alta potência, oferecendo uma combinação única de eficiência térmica, poupança de espaço e durabilidade.O design de dois lados torna-os indispensáveis na iluminação LED, sistemas automóveis e aplicações de energias renováveis, onde o desempenho e a fiabilidade não são negociáveis.

Embora o seu custo inicial seja superior ao do FR-4, os benefícios a longo prazo - vida útil prolongada dos componentes, custos de BOM reduzidos e maior fiabilidade - tornam-nos uma escolha rentável.Em parceria com fabricantes como LT CIRCUIT, os engenheiros podem alavancar soluções IMS personalizadas para atender às demandas específicas de suas aplicações, desde luminárias LED de 50W até inversores EV de 500A.

À medida que as indústrias buscam densidades de potência mais elevadas e fatores de forma menores, os PCB IMS de dois lados continuarão a ser uma pedra angular da inovação, permitindo a próxima geração de eletrônicos eficientes e confiáveis.