Metallkernplatine
Metallkern-Leiterplatte (MCPCB), auch als isolierte Metallsubstrat-Leiterplatte (IMS) oder thermische Leiterplatte bezeichnet,
Kontakt oder RFQ
Die Grundstruktur von MCPCB umfasst:
- Lötmaskenschicht
- Schaltungsschicht
- Kupferschicht 1 oz. bis 6 oz. (am häufigsten werden 1 oz. bis 2 oz. verwendet.)
- dielektrische Schicht
- Metallkernschicht – Kühlkörper oder Wärmeverteiler
Kontakt oder RFQ
Was ist eine Metallkern-Leiterplatte (MCPCB)?
Eine Metallkern-Leiterplatte (MCPCB), auch als isolierte Metallsubstrat-Leiterplatte (IMS) oder thermische Leiterplatte bezeichnet, ist eine Leiterplatte, die im Gegensatz zu herkömmlichen FR4-Leiterplatten ein Metallmaterial als Basis zur Wärmeableitung verwendet. MCPCBs sind so konzipiert, dass sie die von elektronischen Komponenten während des Betriebs erzeugte Wärme effizient an weniger kritische Bereiche wie Metallkühlkörper oder den Metallkern selbst ableiten.
Eine MCPCB besteht typischerweise aus drei Schichten: einer leitfähigen Schicht, einer Wärmedämmschicht und einer Metallsubstratschicht. Dieser Aufbau ermöglicht ein effektives Wärmemanagement und gewährleistet die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit elektronischer Geräte, insbesondere bei Hochleistungsanwendungen wie LED-Beleuchtung und Leistungselektronik.
Arten von Metallkern-Leiterplatten
Je nach Substratmaterial
Die Wahl des Basismaterials hängt von den spezifischen Anwendungsanforderungen und Ausgleichsfaktoren wie Wärmeleitfähigkeit, Steifigkeit und Kosten ab.
Zu den am häufigsten verwendeten Metallen bei der Herstellung von MCPCBs gehören Aluminium, Kupfer und Stahllegierungen:
- Aluminium: Aluminium ist für seine hervorragenden Wärmeübertragungs- und -ableitungsfähigkeiten bekannt und relativ preiswert, was es zur wirtschaftlichsten Wahl für MCPCBs macht.
- Kupfer: Kupfer bietet zwar eine bessere Wärmeleistung, ist aber teurer als Aluminium.
- Stahl: Stahl ist in den Varianten Normalstahl und Edelstahl erhältlich. Er ist härter als Aluminium und Kupfer, weist jedoch eine geringere Wärmeleitfähigkeit auf.
Entsprechend der Struktur und den Schichten der Metallkern-Leiterplatte
Einschichtige MCPCB
Doppelschicht-MCPCB
Doppelseitige MCPCB
Mehrschichtige MCPCB
Die Vorteile von Metal Core PCB (MCPCB)
- Überlegene WärmeableitungMCPCBs verwenden Metalle wie Aluminium oder Kupfer und bieten eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit. Diese Eigenschaft ermöglicht ein effizientes Wärmemanagement in Hochleistungsanwendungen, reduziert die Betriebstemperatur der Komponenten deutlich und erhöht die Systemzuverlässigkeit und -lebensdauer. Beispielsweise können MCPCBs Wärme 8- bis 9-mal schneller übertragen als herkömmliche FR4-Leiterplatten.
- Reduzierter Bedarf an KühlkörpernIm Gegensatz zu FR4-Leiterplatten, die aufgrund ihrer geringeren Wärmeleitfähigkeit zusätzliche Kühlhardware benötigen, können MCPCBs die Wärme effektiv selbst ableiten. Dies reduziert die Gesamtgröße und Komplexität des Systems, da sperrige Kühlkörper entfallen.
- Haltbarkeit und FestigkeitAluminium, ein gängiges Substrat für MCPCBs, bietet im Vergleich zu Materialien wie Keramik und Glasfaser eine höhere Festigkeit und Haltbarkeit. Diese Robustheit minimiert das Risiko von Schäden während der Produktion, Montage und des normalen Betriebs und gewährleistet so eine lang anhaltende Leistung.
- DimensionsstabilitätMCPCBs weisen bei Temperaturschwankungen eine höhere Dimensionsstabilität auf. Ihre Größenänderungen (typischerweise 2.5 % bis 3.0 %) sind in einem Temperaturbereich von 30 °C bis 150 °C minimal und gewährleisten so eine gleichbleibende Leistung unter unterschiedlichen Umgebungsbedingungen.
- Geringeres Gewicht und höhere RecyclingfähigkeitMCPCBs sind leichter als herkömmliche Leiterplatten und daher einfacher zu handhaben und zu installieren. Darüber hinaus ist Aluminium recycelbar und ungiftig, was zu umweltfreundlichen Verfahren beiträgt. Dieser Aspekt macht Aluminium auch zu einer kostengünstigen Alternative zu anderen Materialien.
- Längere LebensdauerDie Festigkeit und Langlebigkeit von Aluminium erhöhen nicht nur die Robustheit von MCPCBs, sondern tragen auch zu einer längeren Lebensdauer bei. Dies reduziert Wartungskosten und den Bedarf an Ersatzteilen und macht MCPCBs zu einer sinnvollen Investition in die Langlebigkeit.
Metallkern-PCB-Herstellungsprozess
Der Herstellungsprozess von Leiterplatten mit Metallkern (MCPCBs) umfasst aufgrund der Anwesenheit einer Metallschicht im Stapel mehrere spezielle Schritte.
Einlagige Platinen: Bei einschichtigen MCPCBs ohne Schichtübergänge entspricht der Prozess dem herkömmlicher FR4-Platinen. Die dielektrische Schicht wird direkt auf die Metallplatte gepresst und verbunden, wodurch eine effektive Haftung gewährleistet wird.
MehrschichtaufbautenBei mehrschichtigen MCPCBs beginnt der Prozess mit dem Bohren des Metallkerns. Dies ist entscheidend, um Schichtübergänge ohne Kurzschlussgefahr zu ermöglichen. Die folgenden Schritte beschreiben den Prozess:
- Bohren: Zur Aufnahme des Isoliermaterials werden etwas größere Löcher in die Metallschicht gebohrt.
- Einstecken: Diese Löcher werden mit einem Isoliergel gefüllt, das anschließend ausgehärtet wird. Dieser Schritt ist wichtig, um den Bereich für die Kupferbeschichtung vorzubereiten.
- Galvanotechnik: Sobald das Gel ausgehärtet ist, werden die Bohrlöcher mit Kupfer beschichtet, ähnlich wie Standard-Vias in herkömmlichen Leiterplatten.
- Bindung: Anschließend werden die restlichen dielektrischen Schichten gepresst und mit der Metallschicht verbunden.
- Durchgangslochbohren: Nachdem der Stapelaufbau abgeschlossen ist, werden Durchgangslöcher durch die gesamte Baugruppe gebohrt, gefolgt von zusätzlichen Beschichtungs- und Reinigungsprozessen.