Kovové jádro PCB

Deska plošných spojů s kovovým jádrem (MCPCB), označovaná také jako deska plošných spojů s izolovaným kovovým substrátem (IMS) nebo tepelná deska plošných spojů,

Základní struktura MCPCB zahrnuje:

Vrstva pájecí masky
Obvodová vrstva
Měděná vrstva 1 oz až 6 oz (nejčastěji se používá 1 oz až 2 oz)
Dielektrická vrstva
Kovová jádrová vrstva – chladič nebo rozvaděč tepla

Co je deska plošných spojů s kovovým jádrem (MCPCB)?

Deska plošných spojů s kovovým jádrem (MCPCB), označovaná také jako izolovaná kovová deska plošných spojů (IMS) nebo tepelná deska plošných spojů, je typ desky plošných spojů, která na rozdíl od tradičních desek plošných spojů FR4 využívá jako základ pro odvod tepla kovový materiál. Desky MCPCB jsou navrženy tak, aby efektivně přenášely teplo generované elektronickými součástkami během provozu do méně kritických oblastí, jako jsou kovové chladiče nebo samotné kovové jádro.

MCPCB se obvykle skládá ze tří vrstev: vodivé vrstvy, tepelně izolační vrstvy a vrstvy kovového substrátu. Tato konstrukce umožňuje efektivní odvod tepla a zajišťuje spolehlivost a dlouhou životnost elektronických zařízení, zejména ve vysoce výkonných aplikacích, jako je LED osvětlení a výkonová elektronika.

Typy desek plošných spojů s kovovým jádrem

Podle materiálu substrátu

Volba základního materiálu závisí na specifických požadavcích aplikace, vyvažovacích faktorech, jako je tepelná vodivost, tuhost a cena.

Mezi nejčastěji používané kovy při výrobě MCPCB patří slitiny hliníku, mědi a oceli:

HliníkHliník, známý pro své vynikající schopnosti přenosu a odvodu tepla, je relativně levný, což z něj činí nejúspornější volbu pro MCPCB.
MěďI když nabízí vynikající tepelný výkon, měď je dražší než hliník.
OcelOcel, která je k dispozici v běžné a nerezové variantě, je tvrdší než hliník a měď, ale má nižší tepelnou vodivost.

Podle struktury a vrstev kovového jádra PCB

Jednovrstvá MCPCB

Dvouvrstvá MCPCB

Oboustranná MCPCB

Vícevrstvá MCPCB

Výhody desek plošných spojů s kovovým jádrem (MCPCB)

Vynikající odvod teplaDesky plošných spojů MCPCB využívají kovy jako hliník nebo měď, které poskytují vynikající tepelnou vodivost. Tato vlastnost umožňuje efektivní hospodaření s teplem ve vysoce výkonných aplikacích, což výrazně snižuje provozní teplotu součástí a zvyšuje spolehlivost a životnost systému. Například desky MCPCB dokáží přenášet teplo 8 až 9krát rychleji než tradiční desky plošných spojů FR4.
Snížená potřeba chladičůNa rozdíl od desek plošných spojů FR4, které kvůli své nižší tepelné vodivosti vyžadují dodatečný chladicí hardware, dokáží MCPCB samy o sobě efektivně odvádět teplo. To snižuje celkovou velikost a složitost systému eliminací objemných chladičů.
Trvanlivost a pevnostHliník, běžný substrát pro MCPCB, nabízí ve srovnání s materiály, jako je keramika a sklolaminát, vyšší pevnost a odolnost. Tato robustnost minimalizuje riziko poškození během výroby, montáže a běžného provozu a zajišťuje tak dlouhodobý výkon.
Prostorová stabilitaMCPCB vykazují větší rozměrovou stabilitu při vystavení teplotním změnám. V teplotním rozsahu od 2.5 °C do 3.0 °C dochází k minimálním změnám velikosti (obvykle 30 % až 150 %), což zajišťuje konzistentní výkon v různých podmínkách prostředí.
Lehčí a lepší recyklovatelnostMCPCB jsou lehčí než tradiční desky plošných spojů, což usnadňuje jejich manipulaci a instalaci. Hliník je navíc recyklovatelný a netoxický, což přispívá k ekologickým postupům. Díky tomuto aspektu je hliník také cenově výhodnou alternativou k jiným materiálům.
Delší životnostPevnost a odolnost hliníku nejen zvyšují robustnost MCPCB, ale také přispívají k delší provozní životnosti. To snižuje náklady na údržbu a potřebu výměn, což z MCPCB dělá moudrou investici z hlediska dlouhověkosti.

Výrobní proces PCB s kovovým jádrem

Výrobní proces desek plošných spojů s kovovým jádrem (MCPCB) zahrnuje několik specializovaných kroků kvůli přítomnosti kovové vrstvy ve vrstvě.

Jednovrstvé deskyU jednovrstvých MCPCB bez přechodů mezi vrstvami se proces opakuje jako u tradičních desek FR4. Dielektrická vrstva je lisována a lepena přímo na kovovou desku, což zajišťuje účinnou adhezi.
Vícevrstvé stohováníU vícevrstvých MCPCB začíná proces vrtáním kovového jádra. To je klíčové pro umožnění přechodů mezi vrstvami bez rizika zkratu. Následující kroky popisují proces:
- VrtáníDo kovové vrstvy se vyvrtají o něco větší otvory pro umístění izolačního materiálu.
- PřipojeníTyto otvory se vyplní izolačním gelem, který se poté vytvrdí a ztvrdne. Tento krok je nezbytný pro přípravu oblasti pro mědění.
- PokovováníJakmile gel zatvrdne, vyvrtané otvory se pokoví mědí, podobně jako standardní průchodky v tradičních deskách plošných spojů.
- LepeníZbývající dielektrické vrstvy se poté stlačí a spojí s kovovou vrstvou.
- Průchozí vrtáníPo dokončení stohování se skrz celou sestavu vyvrtají průchozí otvory, následuje další pokovování a čištění.