PCB con anima in metallo

Circuito stampato con nucleo metallico (MCPCB), noto anche come PCB con substrato metallico isolato (IMS) o PCB termico,

La struttura di base del MCPCB include:

Strato maschera di saldatura
Livello del circuito Circuit
Strato di rame da 1 oz a 6 oz (il valore più comunemente utilizzato è da 1 oz a 2 oz).
Strato dielettrico
Strato centrale metallico: dissipatore di calore o diffusore di calore

Che cosa sono i PCB con nucleo metallico (MCPCB)?

Un circuito stampato con nucleo metallico (MCPCB), noto anche come PCB con substrato metallico isolato (IMS) o PCB termico, è un tipo di circuito stampato che utilizza un materiale metallico come base per la dissipazione del calore, a differenza dei tradizionali PCB FR4. Gli MCPCB sono progettati per trasferire efficacemente il calore generato dai componenti elettronici durante il funzionamento verso aree meno critiche, come i dissipatori metallici o il nucleo metallico stesso.

Un MCPCB è in genere costituito da tre strati: uno strato conduttivo, uno strato di isolamento termico e uno strato di substrato metallico. Questa struttura consente un'efficace gestione del calore, garantendo l'affidabilità e la longevità dei dispositivi elettronici, soprattutto in applicazioni ad alta potenza come l'illuminazione a LED e l'elettronica di potenza.

Tipi di PCB con nucleo metallico

Secondo il materiale del substrato

La scelta del materiale di base dipende dai requisiti specifici dell'applicazione, bilanciando fattori quali conduttività termica, rigidità e costo.

I metalli più comunemente utilizzati nella produzione di MCPCB includono leghe di alluminio, rame e acciaio:

Alluminio: Noto per le sue eccellenti capacità di trasferimento e dissipazione del calore, l'alluminio è relativamente poco costoso, il che lo rende la scelta più economica per gli MCPCB.
Rame:Il rame, pur offrendo prestazioni termiche superiori, è più costoso dell'alluminio.
Acciaio: Disponibile nelle varianti normale e inossidabile, l'acciaio è più duro dell'alluminio e del rame, ma ha una conduttività termica inferiore.

Secondo la struttura e gli strati del PCB con nucleo metallico

MCPCB a strato singolo

MCPCB a doppio strato

MCPCB a doppia faccia

MCPCB multistrato

I vantaggi del PCB con nucleo metallico (MCPCB)

Dissipazione del calore superiore: Gli MCPCB utilizzano metalli come alluminio o rame, garantendo un'eccellente conduttività termica. Questa caratteristica consente una gestione efficiente del calore nelle applicazioni ad alta potenza, riducendo significativamente la temperatura di esercizio dei componenti e migliorando l'affidabilità e la durata del sistema. Ad esempio, gli MCPCB possono trasferire il calore da 8 a 9 volte più velocemente dei tradizionali PCB in FR4.
Riduzione della necessità di dissipatori di caloreA differenza dei PCB FR4, che richiedono hardware di raffreddamento aggiuntivo a causa della loro minore conduttività termica, gli MCPCB possono dissipare efficacemente il calore da soli. Ciò riduce le dimensioni e la complessità complessive del sistema eliminando i dissipatori di calore ingombranti.
Durabilità e resistenza: L'alluminio, un substrato comune per gli MCPCB, offre maggiore resistenza e durata rispetto a materiali come ceramica e fibra di vetro. Questa robustezza riduce al minimo il rischio di danni durante la produzione, l'assemblaggio e il normale funzionamento, garantendo prestazioni di lunga durata.
stabilità dimensionale: Gli MCPCB mostrano una maggiore stabilità dimensionale se sottoposti a variazioni di temperatura. Subiscono variazioni dimensionali minime (tipicamente dal 2.5% al 3.0%) in un intervallo di temperatura compreso tra 30 °C e 150 °C, garantendo prestazioni costanti in diverse condizioni ambientali.
Peso più leggero e maggiore riciclabilità: Gli MCPCB sono più leggeri dei PCB tradizionali, il che li rende più facili da maneggiare e installare. Inoltre, l'alluminio è riciclabile e atossico, contribuendo a pratiche ecocompatibili. Questo aspetto rende l'alluminio un'alternativa economica ad altri materiali.
Durata più lunga: La resistenza e la durevolezza dell'alluminio non solo aumentano la robustezza degli MCPCB, ma contribuiscono anche a una maggiore durata operativa. Ciò riduce i costi di manutenzione e la necessità di sostituzioni, rendendo gli MCPCB un investimento saggio in termini di longevità.

Processo di produzione di PCB con anima in metallo

Il processo di fabbricazione dei PCB Metal Core (MCPCB) prevede diverse fasi specializzate dovute alla presenza di uno strato metallico nello stackup.

Schede monostrato: Per gli MCPCB monostrato senza transizioni di strato, il processo rispecchia quello delle tradizionali schede FR4. Lo strato dielettrico viene pressato e incollato direttamente alla piastra metallica, garantendo un'adesione efficace.
Stackup multistrato: Per gli MCPCB multistrato, il processo inizia con la foratura del nucleo metallico. Questo è fondamentale per consentire le transizioni tra gli strati senza il rischio di cortocircuiti. I seguenti passaggi descrivono il processo:
- Perforazione: Per alloggiare il materiale isolante, nello strato metallico vengono praticati dei fori leggermente più grandi.
- tamponamento: Questi fori vengono riempiti con un gel isolante, che viene poi polimerizzato e indurito. Questo passaggio è essenziale per preparare l'area alla ramatura.
- Placcatura:Una volta che il gel si è indurito, i fori praticati vengono rivestiti in rame, in modo simile ai fori standard nei PCB tradizionali.
- Bonding:Gli strati dielettrici rimanenti vengono quindi pressati e incollati allo strato metallico.
- Foratura passante:Una volta completato l'assemblaggio, vengono praticati dei fori passanti in tutto l'assemblaggio, seguiti da ulteriori processi di placcatura e pulizia.