PCB z metalowym rdzeniem

Płytka drukowana z rdzeniem metalowym (MCPCB), zwana także płytką drukowaną z izolowanym podłożem metalowym (IMS) lub płytką drukowaną termiczną,

Podstawowa struktura MCPCB obejmuje:

Warstwa maski lutowniczej
Warstwa obwodu
Warstwa miedziana 1 uncja do 6 uncji (najczęściej stosuje się grubość 1 uncji do 2 uncji)
Warstwa dielektryczna
Warstwa rdzenia metalowego – radiator lub rozpraszacz ciepła

Czym jest płytka PCB z rdzeniem metalowym (MCPCB)?

Płytka drukowana z rdzeniem metalowym (MCPCB), zwana również izolowanym podłożem metalowym (IMS) lub termiczną płytką drukowaną, to rodzaj płytki drukowanej, która wykorzystuje materiał metalowy jako bazę do rozpraszania ciepła, w przeciwieństwie do tradycyjnych płytek PCB FR4. Płytki MCPCB są zaprojektowane tak, aby skutecznie przenosić ciepło wytwarzane przez komponenty elektroniczne podczas pracy do mniej krytycznych obszarów, takich jak metalowe radiatory lub sam rdzeń metalowy.

MCPCB zazwyczaj składa się z trzech warstw: warstwy przewodzącej, warstwy izolacji termicznej i warstwy podłoża metalowego. Taka konstrukcja umożliwia skuteczne zarządzanie ciepłem, zapewniając niezawodność i długowieczność urządzeń elektronicznych, zwłaszcza w zastosowaniach o dużej mocy, takich jak oświetlenie LED i elektronika mocy.

Rodzaje PCB z rdzeniem metalowym

Zgodnie z materiałem podłoża

Wybór materiału bazowego zależy od konkretnych wymagań danego zastosowania, przy czym należy wziąć pod uwagę takie czynniki, jak przewodność cieplna, sztywność i koszt.

Do najczęściej stosowanych metali w produkcji MCPCB należą stopy aluminium, miedzi i stali:

Aluminium:Aluminium, znane ze swoich doskonałych właściwości przenoszenia i rozpraszania ciepła, jest stosunkowo niedrogie, co czyni je najbardziej ekonomicznym wyborem dla płytek PCB o przekroju kwadratowym (MCPCB).
Miedź:Mimo że miedź zapewnia lepsze parametry cieplne, jest ona droższa od aluminium.
Stal:Stal dostępna jest w wersji zwykłej i nierdzewnej. Jest twardsza od aluminium i miedzi, ale ma niższą przewodność cieplną.

Zgodnie ze strukturą i warstwami rdzenia metalowego PCB

Jednowarstwowa płytka MCPCB

Dwuwarstwowa płytka MCPCB

Dwustronna płytka MCPCB

Wielowarstwowy MCPCB

Zalety PCB z rdzeniem metalowym (MCPCB)

Doskonałe odprowadzanie ciepła: MCPCB wykorzystują metale takie jak aluminium lub miedź, zapewniając doskonałą przewodność cieplną. Ta cecha umożliwia wydajne zarządzanie ciepłem w zastosowaniach o dużej mocy, znacznie obniżając temperaturę roboczą komponentów i zwiększając niezawodność i żywotność systemu. Na przykład MCPCB mogą przenosić ciepło 8 do 9 razy szybciej niż tradycyjne płytki PCB FR4.
Mniejsze zapotrzebowanie na radiatory: W przeciwieństwie do płytek PCB FR4, które wymagają dodatkowego sprzętu chłodzącego ze względu na niższą przewodność cieplną, płytki MCPCB mogą skutecznie odprowadzać ciepło samodzielnie. Zmniejsza to ogólny rozmiar i złożoność systemu poprzez wyeliminowanie dużych radiatorów.
Trwałość i wytrzymałość: Aluminium, powszechne podłoże dla MCPCB, oferuje większą wytrzymałość i trwałość w porównaniu z materiałami takimi jak ceramika i włókno szklane. Ta wytrzymałość minimalizuje ryzyko uszkodzenia podczas produkcji, montażu i normalnej eksploatacji, zapewniając długotrwałą wydajność.
Stabilność wymiarowa: MCPCB wykazują większą stabilność wymiarową, gdy są poddawane zmianom temperatury. Doświadczają minimalnych zmian rozmiaru (zwykle 2.5% do 3.0%) w zakresie temperatur od 30°C do 150°C, zapewniając stałą wydajność w różnych warunkach środowiskowych.
Mniejsza waga i większa możliwość recyklingu:MCPCB są lżejsze od tradycyjnych PCB, co ułatwia ich obsługę i instalację. Ponadto aluminium nadaje się do recyklingu i jest nietoksyczne, co przyczynia się do przyjaznych dla środowiska praktyk. Ten aspekt sprawia również, że aluminium jest opłacalną alternatywą dla innych materiałów.
Dłuższa żywotność:Siła i trwałość aluminium nie tylko zwiększają wytrzymałość MCPCB, ale także przyczyniają się do dłuższej żywotności. Zmniejsza to koszty konserwacji i potrzebę wymiany, dzięki czemu MCPCB są mądrą inwestycją pod względem długowieczności.

Proces produkcji płytek PCB z rdzeniem metalowym

Proces produkcyjny płytek PCB z rdzeniem metalowym (MCPCB) obejmuje kilka specjalistycznych etapów ze względu na obecność warstwy metalu w układzie warstw.

Płyty jednowarstwowe: W przypadku jednowarstwowych MCPCB bez przejść między warstwami proces ten jest podobny do procesu tradycyjnych płyt FR4. Warstwa dielektryczna jest prasowana i łączona bezpośrednio z płytą metalową, co zapewnia skuteczną przyczepność.
Układy wielowarstwowe: W przypadku wielowarstwowych MCPCB proces rozpoczyna się od wywiercenia rdzenia metalowego. Jest to kluczowe dla umożliwienia przejść między warstwami bez ryzyka zwarć. Poniższe kroki opisują proces:
- Wiercenie:W warstwie metalu wierci się nieco większe otwory, aby umożliwić umieszczenie materiału izolacyjnego.
- Podłączanie: Te otwory są wypełniane żelem izolacyjnym, który jest następnie utwardzany i hartowany. Ten krok jest niezbędny do przygotowania obszaru do miedziowania.
- Platerowanie:Po stwardnieniu żelu wywiercone otwory są pokrywane miedzią, podobnie jak standardowe przelotki w tradycyjnych płytkach PCB.
- Bonding:Pozostałe warstwy dielektryczne są następnie prasowane i łączone z warstwą metalu.
- Wiercenie otworów przelotowych:Po zakończeniu składania elementów, przez cały zespół wierci się otwory przelotowe, po czym przeprowadza się dodatkowe procesy galwanizacji i czyszczenia.