PCB de núcleo metálico

Placa de circuito impresso com núcleo metálico (MCPCB), também conhecida como PCB de substrato metálico isolado (IMS) ou PCB térmico,

A estrutura básica do MCPCB inclui:

Camada de máscara de solda
Camada de circuito
Camada de cobre de 1 onça a 6 onças (a mais comumente usada é de 1 onça a 2 onças).
Camada dielétrica
Camada de núcleo metálico – dissipador de calor ou dissipador de calor

O que é Metal Core PCB (MCPCB)?

Uma placa de circuito impresso com núcleo metálico (MCPCB), também conhecida como PCB de substrato metálico isolado (IMS) ou PCB térmica, é um tipo de placa de circuito que utiliza um material metálico como base para dissipação de calor, em contraste com as PCBs FR4 tradicionais. As MCPCBs são projetadas para transferir com eficiência o calor gerado por componentes eletrônicos durante a operação para áreas menos críticas, como dissipadores de calor metálicos ou o próprio núcleo metálico.

Um MCPCB normalmente consiste em três camadas: uma camada condutora, uma camada de isolamento térmico e uma camada de substrato metálico. Essa construção permite um gerenciamento eficaz do calor, garantindo a confiabilidade e a longevidade de dispositivos eletrônicos, especialmente em aplicações de alta potência, como iluminação LED e eletrônica de potência.

Tipos de PCB com núcleo metálico

De acordo com o material do substrato

A escolha do material de base depende dos requisitos específicos da aplicação, equilibrando fatores como condutividade térmica, rigidez e custo.

Os metais mais comumente usados na fabricação de MCPCB incluem alumínio, cobre e ligas de aço:

Alumínio:: Conhecido por suas excelentes capacidades de transferência e dissipação de calor, o alumínio é relativamente barato, o que o torna a escolha mais econômica para MCPCBs.
Cobre:Embora ofereça desempenho térmico superior, o cobre é mais caro que o alumínio.
Aço: Disponível em versões regular e inoxidável, o aço é mais duro que o alumínio e o cobre, mas tem menor condutividade térmica.

De acordo com a estrutura e camadas do PCB com núcleo metálico

MCPCB de camada única

MCPCB de camada dupla

MCPCB de dupla face

MCPCB multicamadas

As vantagens do PCB de núcleo metálico (MCPCB)

Dissipação de calor superior: MCPCBs utilizam metais como alumínio ou cobre, proporcionando excelente condutividade térmica. Esse recurso permite um gerenciamento de calor eficiente em aplicações de alta potência, reduzindo significativamente a temperatura de operação dos componentes e aumentando a confiabilidade e a vida útil do sistema. Por exemplo, MCPCBs podem transferir calor de 8 a 9 vezes mais rápido do que PCBs FR4 tradicionais.
Necessidade reduzida de dissipadores de calor: Ao contrário dos PCBs FR4, que exigem hardware de resfriamento adicional devido à sua menor condutividade térmica, os MCPCBs conseguem dissipar calor de forma eficaz por conta própria. Isso reduz o tamanho e a complexidade geral do sistema, eliminando dissipadores de calor volumosos.
Durabilidade e resistência: O alumínio, um substrato comum para MCPCBs, oferece maior resistência e durabilidade em comparação com materiais como cerâmica e fibra de vidro. Essa robustez minimiza o risco de danos durante a produção, montagem e operação normal, garantindo um desempenho duradouro.
estabilidade dimensional: Os MCPCBs apresentam maior estabilidade dimensional quando submetidos a variações de temperatura. Apresentam alterações mínimas de tamanho (tipicamente de 2.5% a 3.0%) em uma faixa de temperatura de 30 °C a 150 °C, garantindo desempenho consistente em diversas condições ambientais.
Mais leve e com maior reciclabilidade: Os MCPCBs são mais leves que os PCBs tradicionais, o que os torna mais fáceis de manusear e instalar. Além disso, o alumínio é reciclável e atóxico, contribuindo para práticas ecologicamente corretas. Esse aspecto também torna o alumínio uma alternativa econômica a outros materiais.
Vida útil mais longa: A resistência e a durabilidade do alumínio não só aumentam a robustez dos MCPCBs, como também contribuem para uma vida útil mais longa. Isso reduz os custos de manutenção e a necessidade de substituições, tornando os MCPCBs um investimento inteligente em termos de longevidade.

Processo de fabricação de PCB com núcleo de metal

O processo de fabricação de PCBs com núcleo metálico (MCPCBs) envolve várias etapas especializadas devido à presença de uma camada metálica na pilha.

Placas de camada única: Para MCPCBs de camada única sem transições de camadas, o processo é semelhante ao das placas FR4 tradicionais. A camada dielétrica é prensada e colada diretamente à placa metálica, garantindo uma adesão eficaz.
Empilhamentos multicamadas: Para MCPCBs multicamadas, o processo começa com a perfuração do núcleo metálico. Isso é crucial para permitir transições de camadas sem risco de curto-circuitos. As etapas a seguir descrevem o processo:
- Perfuração: Furos um pouco maiores são perfurados na camada de metal para acomodar o material isolante.
- Plugging: Esses furos são preenchidos com um gel isolante, que é então curado e endurecido. Esta etapa é essencial para preparar a área para o revestimento de cobre.
- Galvanização:Depois que o gel endurece, os furos perfurados são revestidos com cobre, semelhante às vias padrão em PCBs tradicionais.
- Bonding:As camadas dielétricas restantes são então prensadas e unidas à camada metálica.
- Perfuração de furo passante:Após a conclusão do empilhamento, furos passantes são perfurados em todo o conjunto, seguidos por processos adicionais de galvanoplastia e limpeza.