بردهای مدار چاپی (IMS) فلزی عایق دو طرفه، به عنوان یک تغییر دهنده بازی در الکترونیک با توان بالا ظاهر شده اند و مدیریت حرارتی برتر را با انعطاف پذیری طراحی ترکیب می کنند. برخلاف بردهای مدار چاپی سنتی FR-4 که به هسته های فایبرگلاس متکی هستند، این بردهای تخصصی دارای یک زیرلایه فلزی (آلومینیوم، مس یا آلیاژ) هستند که بین دو لایه مسی رسانا و یک دی الکتریک عایق قرار گرفته است. این ساختار اتلاف حرارت کارآمد را امکان پذیر می کند - که برای دستگاه هایی مانند LED های با روشنایی بالا، ماژول های قدرت خودرو و اینورترهای صنعتی بسیار مهم است - در حالی که امکان قرارگیری قطعات در هر دو طرف را برای طرح های فشرده و با چگالی بالا فراهم می کند.
این راهنما خواص منحصر به فرد بردهای مدار چاپی IMS دو طرفه را بررسی می کند، آنها را با سایر انواع بردهای مدار چاپی مقایسه می کند، کاربردهای کلیدی را برجسته می کند و توضیح می دهد که چرا تولیدکنندگانی مانند LT CIRCUIT در این فناوری پیشرو هستند. چه در حال طراحی یک فیکسچر LED 100 واتی باشید یا یک سیستم مدیریت باتری خودروی برقی (EV)، درک بردهای مدار چاپی IMS دو طرفه به شما کمک می کند عملکرد، قابلیت اطمینان و طول عمر را بهینه کنید.
نکات کلیدی
1. برتری حرارتی: بردهای مدار چاپی IMS دو طرفه هدایت حرارتی تا 8 W/m·K (لایه دی الکتریک) و 400 W/m·K (زیرلایه مسی) را ارائه می دهند که از FR-4 (0.2–0.4 W/m·K) در اتلاف حرارت بهتر عمل می کنند.
2. انعطاف پذیری طراحی: قرارگیری قطعات در هر دو طرف، اندازه برد را 30 تا 50 درصد در مقایسه با بردهای مدار چاپی IMS یک طرفه کاهش می دهد که برای کاربردهای محدود به فضا مانند سنسورهای خودرو ایده آل است.
3. دوام: هسته های فلزی در برابر لرزش (20G+) و نوسانات دما (-40 درجه سانتیگراد تا 125 درجه سانتیگراد) مقاومت می کنند و آنها را برای محیط های سخت مناسب می کند.
4. سازگار با محیط زیست: زیرلایه های فلزی قابل بازیافت و مواد بدون سرب با مقررات پایداری جهانی (RoHS، REACH) همسو هستند.
5. کاربردها: غالب در روشنایی LED، الکترونیک خودرو، مبدل های برق و سیستم های انرژی تجدیدپذیر.
بردهای مدار چاپی IMS دو طرفه چیست؟
بردهای مدار چاپی IMS دو طرفه (بردهای مدار چاپی با زیرلایه فلزی عایق) بردهای مدار پیشرفته ای هستند که برای مقابله با دو چالش مهم طراحی شده اند: مدیریت حرارت و راندمان فضا. ساختار آنها اساساً با بردهای مدار چاپی سنتی متفاوت است و دارای سه لایه کلیدی است که با هم کار می کنند:
ساختار هسته
| لایه |
مواد |
هدایت حرارتی |
عملکرد |
| لایه های مسی بالا/پایین |
فویل مس با خلوص بالا (1–3oz) |
401 W/m·K |
سیگنال های الکتریکی را هدایت می کند، قطعات را نصب می کند و گرما را به لایه دی الکتریک منتقل می کند. |
| لایه دی الکتریک حرارتی |
رزین اپوکسی پر شده با سرامیک |
1–8 W/m·K |
لایه های مسی را از نظر الکتریکی از زیرلایه فلزی عایق می کند و در عین حال گرما را هدایت می کند. |
| زیرلایه فلزی |
آلومینیوم (متداول ترین)، مس یا آلیاژ |
200–400 W/m·K |
به عنوان یک هیت سینک عمل می کند و گرما را از قطعات دور می کند. استحکام ساختاری را فراهم می کند. |
چگونه کار می کنند
گرمای تولید شده توسط قطعات (به عنوان مثال، LED ها، MOSFET های قدرت) از طریق لایه های مسی به دی الکتریک منتقل می شود که آن را به طور موثر به زیرلایه فلزی منتقل می کند. سپس زیرلایه گرما را در سطح خود پخش می کند و به عنوان یک هیت سینک داخلی عمل می کند. این فرآیند دمای قطعات را 20 تا 30 درجه سانتیگراد کمتر از بردهای مدار چاپی FR-4 نگه می دارد، طول عمر را افزایش می دهد و از خرابی حرارتی جلوگیری می کند.
تمایزهای کلیدی از سایر بردهای مدار چاپی
الف. در مقابل FR-4 سنتی: بردهای مدار چاپی IMS فایبرگلاس را با یک هسته فلزی جایگزین می کنند و هدایت حرارتی را 5 تا 20 برابر افزایش می دهند.
ب. در مقابل IMS یک طرفه: طرح های دو طرفه امکان قرارگیری قطعات در هر دو طرف را فراهم می کند، ردپای را کاهش می دهد و مدارهای پیچیده تری را امکان پذیر می کند.
ج. در مقابل بردهای مدار چاپی سرامیکی: بردهای مدار چاپی IMS وزن و هزینه 70 درصد کمتری نسبت به سرامیک دارند و در عین حال عملکرد حرارتی قابل مقایسه ای را برای اکثر کاربردها ارائه می دهند.
مزایای بردهای مدار چاپی IMS دو طرفه
ساختار منحصر به فرد بردهای مدار چاپی IMS دو طرفه مزایایی را ارائه می دهد که آنها را در الکترونیک با توان بالا ضروری می کند:
1. مدیریت حرارتی برتر
الف. اتلاف حرارت کارآمد: زیرلایه فلزی و لایه دی الکتریک با هم کار می کنند تا گرما را از قطعات حساس دور کنند. به عنوان مثال، یک ماژول LED 100 واتی روی یک برد مدار چاپی IMS دو طرفه در 65 درجه سانتیگراد کار می کند، در مقابل 95 درجه سانتیگراد روی یک برد مدار چاپی FR-4 - افزایش طول عمر LED از 30000 تا 50000 ساعت.
ب. نقاط داغ کاهش یافته: هسته فلزی گرما را به طور مساوی پخش می کند و از گرم شدن بیش از حد موضعی در طرح های متراکم با توان بالا مانند اینورترهای EV جلوگیری می کند.
2. طراحی صرفه جویی در فضا
الف. قرارگیری قطعات دو طرفه: نصب قطعات در هر دو طرف، مساحت برد را 30 تا 50 درصد کاهش می دهد. به عنوان مثال، یک ماژول برق ایستگاه پایه 5G، 2 برابر قطعات بیشتر را در همان حجم در مقایسه با یک طرح یک طرفه جای می دهد.
ب. پروفیل های باریک تر: نیاز به هیت سینک های خارجی را در بسیاری از کاربردها از بین می برد و ضخامت کلی دستگاه را 20 تا 40 درصد کاهش می دهد.
3. دوام پیشرفته
الف. مقاومت در برابر لرزش: هسته های فلزی در برابر لرزش های 20G (طبق MIL-STD-883H) مقاومت می کنند و در محیط های خودرو و صنعتی از FR-4 (10G) بهتر عمل می کنند.
ب. پایداری دما: به طور قابل اعتماد در دمای -40 درجه سانتیگراد تا 125 درجه سانتیگراد کار می کند و آن را برای سیستم های خودرو زیر کاپوت و فیکسچرهای LED در فضای باز مناسب می کند.
ج. استحکام مکانیکی: در برابر تاب خوردگی و خم شدن مقاومت می کند، که برای کاربردهای ناهموار مانند سنسورهای وسایل نقلیه خارج از جاده بسیار مهم است.
4. مزایای زیست محیطی و هزینه
الف. پایداری: زیرلایه های آلومینیوم و مس 100٪ قابل بازیافت هستند و با ابتکارات تولید سبز همسو هستند.
ب. کاهش کل هزینه: هیت سینک های خارجی را حذف می کند و هزینه های BOM را 15 تا 20 درصد در طرح های LED و منبع تغذیه کاهش می دهد.
IMS دو طرفه در مقابل سایر انواع بردهای مدار چاپی
| ویژگی |
برد مدار چاپی IMS دو طرفه |
برد مدار چاپی FR-4 سنتی |
برد مدار چاپی IMS یک طرفه |
برد مدار چاپی سرامیکی |
| هدایت حرارتی |
1–8 W/m·K (دی الکتریک) |
0.2–0.4 W/m·K |
1–8 W/m·K (دی الکتریک) |
200–300 W/m·K |
| قرارگیری قطعات |
هر دو طرف |
هر دو طرف |
یک طرف |
هر دو طرف |
| وزن (100mm×100mm) |
30 گرم (هسته آلومینیومی) |
20 گرم |
25 گرم (هسته آلومینیومی) |
45 گرم |
| هزینه (10k واحد) |
$12–$18/واحد |
$5–$10/واحد |
$10–$15/واحد |
$30–$50/واحد |
| مقاومت در برابر لرزش |
20G |
10G |
20G |
15G (شکننده) |
| بهترین برای |
طرح های فشرده با توان بالا |
الکترونیک مصرفی با توان کم |
طرح های ساده با توان بالا |
کاربردهای با دمای شدید |
بینش کلیدی: بردهای مدار چاپی IMS دو طرفه تعادل بهینه ای از عملکرد حرارتی، هزینه و انعطاف پذیری را برای اکثر کاربردهای با توان بالا ایجاد می کنند، که در مدیریت حرارت از FR-4 و در راندمان فضا از IMS یک طرفه بهتر عمل می کنند.
کاربردهای بردهای مدار چاپی IMS دو طرفه
بردهای مدار چاپی IMS دو طرفه در صنایعی که گرما و فضا محدودیت های مهمی هستند، متحول کننده هستند:
1. روشنایی LED
الف. LED های با روشنایی بالا: چراغ های خیابانی، فیکسچرهای استادیوم و لامپ های باغبانی از بردهای مدار چاپی IMS دو طرفه برای مدیریت سطوح توان 50 تا 200 وات استفاده می کنند. هسته فلزی از گرم شدن بیش از حد اتصال LED جلوگیری می کند و روشنایی و ثبات رنگ را حفظ می کند.
ب. روشنایی خودرو: چراغ های جلو و عقب از قرارگیری قطعات دو طرفه بهره می برند و مدارهای پیچیده (درایورها، سنسورها) را در محفظه های باریک جای می دهند و در عین حال در برابر دمای زیر کاپوت مقاومت می کنند.
2. الکترونیک خودرو
الف. ماژول های برق EV: اینورترها و سیستم های مدیریت باتری (BMS) از بردهای مدار چاپی IMS با هسته مسی برای مدیریت جریان های 200 تا 500 آمپر استفاده می کنند و MOSFET ها و خازن ها را در هنگام شارژ سریع خنک نگه می دارند.
ب. سنسورهای ADAS: ماژول های رادار و LiDAR به مقاومت در برابر لرزش هسته فلزی متکی هستند تا کالیبراسیون را در شرایط ناهموار حفظ کنند.
ج. سیستم های اطلاعات سرگرمی: طرح های فشرده قطعات بیشتری (پردازنده ها، تقویت کننده ها) را در داشبوردهای تنگ جای می دهند و در عین حال گرما را از بلندگوهای با توان بالا دفع می کنند.
3. الکترونیک قدرت
الف. اینورترهای صنعتی: AC را در سیستم های 100 تا 1000 وات به DC تبدیل می کنند و از IMS دو طرفه برای مدیریت گرما از یکسو کننده ها و ترانسفورماتورها استفاده می کنند.
ب. میکرو اینورترهای خورشیدی: اینها که روی پنل های خورشیدی نصب می شوند، از بردهای مدار چاپی IMS با هسته آلومینیومی برای مقاومت در برابر دمای بیرون در حالی که DC را به AC تبدیل می کنند، استفاده می کنند.
ج. منابع تغذیه بدون وقفه (UPS): اطمینان از برق پشتیبان قابل اعتماد با پایداری حرارتی در طول عملیات طولانی مدت.
4. انرژی تجدیدپذیر
الف. کنترل های توربین بادی: سیستم های گام و انحراف را در محفظه ها مدیریت می کنند، جایی که نوسانات دما و لرزش، بردهای مدار چاپی بادوام و مقاوم در برابر حرارت را می طلبد.
ب. سیستم های ذخیره انرژی (ESS): سلول های باتری را در سیستم های 10 تا 100 کیلووات ساعت متعادل می کنند و از بردهای مدار چاپی IMS برای جلوگیری از فرار حرارتی استفاده می کنند.
راه حل های برد مدار چاپی IMS دو طرفه LT CIRCUIT
LT CIRCUIT در تولید بردهای مدار چاپی IMS دو طرفه با عملکرد بالا تخصص دارد، با قابلیت هایی که برای کاربردهای سخت طراحی شده اند:
تخصص تولید
الف. گزینه های مواد: زیرلایه های آلومینیوم (استاندارد)، مس (با توان بالا) و آلیاژ (با استحکام بالا) برای مطابقت با نیازهای کاربردی.
ب. سفارشی سازی: لایه های مسی 1 تا 3 اونس، ضخامت دی الکتریک (50 تا 200 میکرومتر) و روکش های سطحی (ENIG، HASL) برای مقاومت در برابر خوردگی.
ج. ویژگی های پیشرفته: vias حرارتی (0.3 تا 0.5 میلی متر) برای افزایش انتقال حرارت بین لایه ها. قابلیت های HDI برای قطعات با گام ریز (0.4 میلی متر BGA).
کیفیت و گواهینامه ها
الف. ISO 9001:2015: فرآیندهای تولید و کنترل کیفیت ثابت را تضمین می کند.
ب. IATF 16949: انطباق با استانداردهای صنعت خودرو برای قابلیت اطمینان و ردیابی.
ج. RoHS/REACH: مواد بدون سرب، بدون هالوژن برای طرح های سازگار با محیط زیست.
پیشرفت های تکنولوژیکی
LT CIRCUIT نوآوری های پیشرفته را برای افزایش عملکرد برد مدار چاپی IMS ادغام می کند:
الف. دی الکتریک های حرارتی بالا: اپوکسی های پر شده با سرامیک با هدایت 8 W/m·K برای کاربردهای حرارتی شدید.
ب. طراحی مبتنی بر هوش مصنوعی: ابزارهای شبیه سازی حرارتی، قرارگیری قطعات را برای به حداقل رساندن نقاط داغ بهینه می کنند.
ج. تولید پایدار: هسته های آلومینیومی قابل بازیافت و ماسک های لحیم کاری مبتنی بر آب، اثرات زیست محیطی را کاهش می دهند.
سوالات متداول
س: چرا بردهای مدار چاپی IMS دو طرفه برای روشنایی LED بهتر هستند؟
پاسخ: هسته فلزی آنها گرما را 5 برابر سریعتر از FR-4 دفع می کند، LED ها را 20 تا 30 درجه سانتیگراد خنک تر نگه می دارد و طول عمر را بیش از 50 درصد در فیکسچرهای با روشنایی بالا افزایش می دهد.
س: آیا بردهای مدار چاپی IMS دو طرفه می توانند ولتاژ بالا را تحمل کنند؟
پاسخ: بله. لایه دی الکتریک عایق الکتریکی تا 2 کیلو ولت را فراهم می کند و آنها را برای مبدل های برق و سیستم های EV مناسب می کند.
س: بردهای مدار چاپی IMS دو طرفه در مقایسه با FR-4 چقدر هزینه دارند؟
پاسخ: آنها 2 تا 3 برابر بیشتر هزینه دارند، اما با حذف هیت سینک های خارجی و کاهش نرخ خرابی، هزینه های کل سیستم را کاهش می دهند.
س: حداکثر دمای عملیاتی برای بردهای مدار چاپی IMS دو طرفه چقدر است؟
پاسخ: با هسته های آلومینیومی، آنها به طور قابل اعتماد تا 125 درجه سانتیگراد کار می کنند. طرح های هسته مسی 150 درجه سانتیگراد را برای کاربردهای صنعتی تحمل می کنند.
س: آیا بردهای مدار چاپی IMS دو طرفه قابل بازیافت هستند؟
پاسخ: بله - زیرلایه های آلومینیوم و مس 100٪ قابل بازیافت هستند و با اهداف پایداری در صنایع خودرو و انرژی تجدیدپذیر همسو هستند.
نتیجه
بردهای مدار چاپی IMS دو طرفه در حال تعریف مجدد الکترونیک با توان بالا هستند و ترکیبی منحصر به فرد از راندمان حرارتی، صرفه جویی در فضا و دوام را ارائه می دهند. توانایی آنها در اتلاف گرما در حالی که طرح های فشرده و دو طرفه را امکان پذیر می کند، آنها را در روشنایی LED، سیستم های خودرو و کاربردهای انرژی تجدیدپذیر ضروری می کند - جایی که عملکرد و قابلیت اطمینان غیرقابل مذاکره هستند.
در حالی که هزینه اولیه آنها بیشتر از FR-4 است، مزایای بلندمدت - افزایش طول عمر قطعات، کاهش هزینه های BOM و افزایش قابلیت اطمینان - آنها را به یک انتخاب مقرون به صرفه تبدیل می کند. با مشارکت با تولیدکنندگانی مانند LT CIRCUIT، مهندسان می توانند از راه حل های IMS سفارشی برای پاسخگویی به نیازهای خاص برنامه های خود، از فیکسچرهای LED 50 واتی گرفته تا اینورترهای EV 500 آمپری، استفاده کنند.
از آنجایی که صنایع به سمت چگالی توان بالاتر و فاکتورهای فرم کوچکتر پیش می روند، بردهای مدار چاپی IMS دو طرفه همچنان سنگ بنای نوآوری خواهند بود و نسل بعدی الکترونیک کارآمد و قابل اعتماد را امکان پذیر می کنند.
پیام شما باید بین 20 تا 3000 کاراکتر باشد!
