금속 코어 PCB

금속 코어 인쇄 회로 기판(MCPCB)은 절연 금속 기판(IMS) PCB 또는 열 PCB라고도 합니다.

MCPCB의 기본 구조는 다음과 같습니다.

솔더 마스크 층
회로 층
구리층 1온스~6온스 (가장 흔히 사용되는 두께는 1온스~2온스)
유전체층
금속 코어 층 - 방열판 또는 방열판

메탈 코어 PCB(MCPCB)란 무엇인가요?

금속 코어 인쇄 회로 기판(MCPCB)은 절연 금속 기판(IMS) PCB 또는 열 PCB라고도 하며, 기존의 FR4 PCB와 달리 방열을 위해 금속 재료를 기반으로 하는 회로 기판입니다. MCPCB는 작동 중 전자 부품에서 발생하는 열을 금속 방열판이나 금속 코어와 같이 덜 중요한 부분으로 효율적으로 전달하도록 설계되었습니다.

MCPCB는 일반적으로 전도층, 단열층, 금속 기판층의 세 층으로 구성됩니다. 이러한 구조는 효과적인 열 관리를 가능하게 하여 특히 LED 조명 및 전력 전자 장치와 같은 고전력 응용 분야에서 전자 장치의 신뢰성과 수명을 보장합니다.

금속 코어 PCB의 유형

기판 재료에 따라

기본 재료의 선택은 열전도도, 강성, 비용 등의 요소를 균형 있게 고려하여 특정 응용 분야 요구 사항에 따라 달라집니다.

MCPCB 제조에 가장 일반적으로 사용되는 금속에는 알루미늄, 구리 및 강철 합금이 포함됩니다.

알류미늄: 알루미늄은 열전달과 방열 성능이 뛰어난 것으로 알려져 있으며, 비교적 저렴하기 때문에 MCPCB에 가장 경제적인 선택입니다.
구리: 구리는 뛰어난 열 성능을 제공하지만 알루미늄보다 비쌉니다.
강철: 일반 및 스테인리스 재질로 판매되며, 강철은 알루미늄과 구리보다 단단하지만 열전도도는 낮습니다.

금속 코어 PCB의 구조 및 층에 따라

단일 레이어 MCPCB

이중층 MCPCB

양면 MCPCB

다층 MCPCB

메탈 코어 PCB(MCPCB)의 장점

우수한 방열: MCPCB는 알루미늄이나 구리와 같은 금속을 사용하여 뛰어난 열전도도를 제공합니다. 이러한 특징은 고전력 애플리케이션에서 효율적인 열 관리를 가능하게 하여 부품의 작동 온도를 크게 낮추고 시스템 신뢰성과 수명을 향상시킵니다. 예를 들어, MCPCB는 기존 FR8 PCB보다 9~4배 빠르게 열을 전달할 수 있습니다.
히트싱크 필요성 감소: 열전도율이 낮아 추가 냉각 하드웨어가 필요한 FR4 PCB와 달리, MCPCB는 자체적으로 열을 효과적으로 방출할 수 있습니다. 따라서 부피가 큰 히트싱크가 필요 없어 전체 시스템 크기와 복잡성이 줄어듭니다.
내구성과 힘: MCPCB의 일반적인 기판인 알루미늄은 세라믹이나 유리 섬유와 같은 소재에 비해 강도와 내구성이 뛰어납니다. 이러한 견고함은 생산, 조립 및 정상 작동 중 손상 위험을 최소화하여 장기적인 성능을 보장합니다.
치수 안정성: MCPCB는 온도 변화에도 뛰어난 치수 안정성을 보입니다. 2.5°C에서 3.0°C의 온도 범위에서 치수 변화가 최소화되어(일반적으로 30%~150%) 다양한 환경 조건에서 일관된 성능을 보장합니다.
더 가벼운 무게와 더 높은 재활용성: MCPCB는 기존 PCB보다 가벼워 취급 및 설치가 용이합니다. 또한, 알루미늄은 재활용이 가능하고 무독성이어서 환경 친화적인 생산 방식에 기여합니다. 이러한 장점 덕분에 알루미늄은 다른 소재에 비해 비용 효율적인 대안이 될 수 있습니다.
더 긴 수명: 알루미늄의 강도와 내구성은 MCPCB의 견고성을 향상시킬 뿐만 아니라 작동 수명 연장에도 기여합니다. 이는 유지 보수 비용과 교체 필요성을 줄여주므로 MCPCB는 수명 측면에서 현명한 투자입니다.

금속 코어 PCB 제조 공정

금속 코어 PCB(MCPCB)의 제조 공정에는 스택업에 금속 층이 존재하기 때문에 여러 가지 특수 단계가 필요합니다.

단층 보드: 층간 전이가 없는 단층 MCPCB의 경우, 공정은 기존 FR4 기판과 동일합니다. 유전체 층은 금속판에 직접 압착되어 접합되므로 효과적인 접착력을 보장합니다.
다층 스택업: 다층 MCPCB의 경우, 공정은 금속 코어를 드릴링하는 것으로 시작됩니다. 이는 단락 위험 없이 층간 전이를 가능하게 하는 데 매우 중요합니다. 다음 단계는 공정을 간략하게 설명합니다.
- 교련: 절연재를 수용하기 위해 금속 층에 약간 더 큰 구멍을 뚫습니다.
- 막기: 이 구멍들은 절연 젤로 채워지고, 그 후 경화됩니다. 이 단계는 구리 도금을 위한 영역을 준비하는 데 필수적입니다.
- 도금: 젤이 굳으면, 뚫은 구멍은 기존 PCB의 표준 비아와 비슷하게 구리로 도금됩니다.
- 접합: 나머지 유전체 층은 금속 층에 압착되어 접합됩니다.
- 관통 구멍 드릴링: 스택업이 완료되면 전체 조립체에 관통 구멍을 뚫고, 그 다음에 추가 도금 및 세척 공정을 거칩니다.