PCB à noyau métallique

Carte de circuit imprimé à noyau métallique (MCPCB), également appelée PCB à substrat métallique isolé (IMS) ou PCB thermique,

La structure de base du MCPCB comprend :

Couche de masque de soudure
Couche de circuits
Couche de cuivre de 1 oz à 6 oz (la plus couramment utilisée est de 1 oz à 2 oz).
Couche diélectrique
Couche centrale métallique – dissipateur thermique ou dissipateur thermique

Qu'est-ce qu'un PCB à noyau métallique (MCPCB) ?

Un circuit imprimé à noyau métallique (MCPCB), également appelé PCB à substrat métallique isolé (IMS) ou PCB thermique, est un type de circuit imprimé utilisant un matériau métallique comme base pour la dissipation thermique, contrairement aux PCB FR4 traditionnels. Les MCPCB sont conçus pour transférer efficacement la chaleur générée par les composants électroniques pendant leur fonctionnement vers des zones moins critiques, telles que les dissipateurs thermiques métalliques ou le noyau métallique lui-même.

Un MCPCB est généralement composé de trois couches : une couche conductrice, une couche d'isolation thermique et une couche de substrat métallique. Cette construction permet une gestion thermique efficace, garantissant ainsi la fiabilité et la longévité des appareils électroniques, notamment dans les applications à forte puissance comme l'éclairage LED et l'électronique de puissance.

Types de circuits imprimés à noyau métallique

Selon le matériau du substrat

Le choix du matériau de base dépend des exigences spécifiques de l'application, en équilibrant des facteurs tels que la conductivité thermique, la rigidité et le coût.

Les métaux les plus couramment utilisés dans la fabrication des MCPCB comprennent l'aluminium, le cuivre et les alliages d'acier :

Aluminium:Connu pour ses excellentes capacités de transfert et de dissipation de chaleur, l'aluminium est relativement peu coûteux, ce qui en fait le choix le plus économique pour les MCPCB.
Copper:Bien qu’offrant des performances thermiques supérieures, le cuivre est plus coûteux que l’aluminium.
Acier:Disponible en versions standard et inoxydable, l'acier est plus dur que l'aluminium et le cuivre mais a une conductivité thermique plus faible.

Selon la structure et les couches du PCB à noyau métallique

MCPCB monocouche

MCPCB double couche

MCPCB double face

MCPCB multicouche

Les avantages du PCB à noyau métallique (MCPCB)

Dissipation thermique supérieureLes MCPCB utilisent des métaux comme l'aluminium ou le cuivre, offrant une excellente conductivité thermique. Cette caractéristique permet une gestion thermique efficace dans les applications haute puissance, réduisant considérablement la température de fonctionnement des composants et améliorant la fiabilité et la durée de vie du système. Par exemple, les MCPCB peuvent transférer la chaleur 8 à 9 fois plus rapidement que les circuits imprimés FR4 traditionnels.
Besoin réduit de dissipateurs thermiquesContrairement aux circuits imprimés FR4, qui nécessitent un système de refroidissement supplémentaire en raison de leur faible conductivité thermique, les MCPCB peuvent dissiper efficacement la chaleur par eux-mêmes. Cela réduit la taille et la complexité globales du système en éliminant les dissipateurs thermiques encombrants.
Durabilité et résistanceL'aluminium, substrat courant des MCPCB, offre une résistance et une durabilité supérieures à celles de matériaux comme la céramique et la fibre de verre. Cette robustesse minimise les risques de dommages pendant la production, l'assemblage et le fonctionnement normal, garantissant ainsi des performances durables.
stabilité dimensionnelleLes MCPCB présentent une plus grande stabilité dimensionnelle lorsqu'ils sont soumis à des variations de température. Leurs variations de taille sont minimes (généralement de 2.5 % à 3.0 %) sur une plage de températures comprise entre 30 °C et 150 °C, garantissant des performances constantes dans diverses conditions environnementales.
Poids plus léger et meilleure recyclabilitéLes MCPCB sont plus légers que les PCB traditionnels, ce qui les rend plus faciles à manipuler et à installer. De plus, l'aluminium est recyclable et non toxique, contribuant ainsi à des pratiques respectueuses de l'environnement. Cet aspect fait également de l'aluminium une alternative économique aux autres matériaux.
Durée de vie plus longueLa résistance et la durabilité de l'aluminium renforcent non seulement la robustesse des MCPCB, mais contribuent également à leur durée de vie. Cela réduit les coûts de maintenance et les besoins de remplacement, faisant des MCPCB un investissement judicieux en termes de longévité.

Processus de fabrication de PCB à noyau métallique

Le processus de fabrication des circuits imprimés à noyau métallique (MCPCB) implique plusieurs étapes spécialisées en raison de la présence d'une couche métallique dans l'empilement.

Panneaux monocouchesPour les MCPCB monocouches sans transitions de couches, le procédé est similaire à celui des cartes FR4 traditionnelles. La couche diélectrique est pressée et collée directement sur la plaque métallique, garantissant ainsi une adhérence optimale.
Empilements multicouchesPour les MCPCB multicouches, le processus commence par le perçage du noyau métallique. Cette étape est cruciale pour permettre les transitions de couches sans risque de court-circuit. Les étapes suivantes décrivent le processus :
- Forage Horizontaux:Des trous légèrement plus grands sont percés dans la couche métallique pour accueillir le matériau isolant.
- BouchageCes trous sont remplis d'un gel isolant, qui est ensuite polymérisé et durci. Cette étape est essentielle pour préparer la zone à cuivrer.
- Placage:Une fois le gel durci, les trous percés sont plaqués de cuivre, de manière similaire aux vias standard des PCB traditionnels.
- adhérence:Les couches diélectriques restantes sont ensuite pressées et liées à la couche métallique.
- Perçage de trous traversants:Une fois l'empilement terminé, des trous traversants sont percés dans l'ensemble de l'assemblage, suivis de processus de placage et de nettoyage supplémentaires.