Metal Core PCB

Metallkärnigt kretskort (MCPCB), även kallat ett isolerat metallsubstrat (IMS)-kretskort eller termiskt kretskort,

Grundstrukturen för MCPCB inkluderar:

Lödmaskskikt
Kretslager
Kopparlager 1–6 g (vanligast används 1–2 g)
Dielektriskt lager
Metallkärnlager – kylfläns eller värmespridare

Vad är ett metallkärnigt kretskort (MCPCB)?

Ett kretskort med metallkärna (MCPCB), även kallat ett isolerat metallsubstrat (IMS)-PCB eller termiskt kretskort, är en typ av kretskort som använder ett metallmaterial som bas för värmeavledning, till skillnad från traditionella FR4-kretskort. MCPCB:er är utformade för att effektivt överföra värme som genereras av elektroniska komponenter under drift till mindre kritiska områden, såsom metallkylflänsar eller själva metallkärnan.

En MCPCB består vanligtvis av tre lager: ett ledande lager, ett värmeisoleringslager och ett metallsubstratlager. Denna konstruktion möjliggör effektiv värmehantering, vilket säkerställer tillförlitlighet och livslängd hos elektroniska enheter, särskilt i högeffektsapplikationer som LED-belysning och kraftelektronik.

Typer av metallkärn-PCB

Enligt substratmaterial

Valet av basmaterial beror på specifika tillämpningskrav, där man balanserar faktorer som värmeledningsförmåga, styvhet och kostnad.

De vanligaste metallerna i MCPCB-tillverkning inkluderar aluminium, koppar och stållegeringar:

AluminiumAluminium är känt för sina utmärkta värmeöverförings- och värmeavledningsegenskaper och är relativt billigt, vilket gör det till det mest ekonomiska valet för MCPCB-er.
KopparKoppar är dyrare än aluminium, trots att det erbjuder överlägsen termisk prestanda.
StålStål finns i vanliga och rostfria varianter och är hårdare än aluminium och koppar men har lägre värmeledningsförmåga.

Enligt strukturen och lagren av metallkärnans PCB

Enkelskiktad MCPCB

Dubbelskiktad MCPCB

Dubbelsidig MCPCB

Flerskiktad MCPCB

Fördelarna med metallkärn-PCB (MCPCB)

Överlägsen värmeavledningMCPCB:er använder metaller som aluminium eller koppar, vilket ger utmärkt värmeledningsförmåga. Denna funktion möjliggör effektiv värmehantering i högeffektsapplikationer, vilket avsevärt minskar komponenternas driftstemperatur och förbättrar systemets tillförlitlighet och livslängd. Till exempel kan MCPCB:er överföra värme 8 till 9 gånger snabbare än traditionella FR4-kretskort.
Minskat behov av kylflänsarTill skillnad från FR4-kretskort, som kräver ytterligare kylningshårdvara på grund av sin lägre värmeledningsförmåga, kan MCPCB:er effektivt avleda värme på egen hand. Detta minskar den totala systemets storlek och komplexitet genom att eliminera skrymmande kylflänsar.
Hållbarhet och styrkaAluminium, ett vanligt substrat för MCPCB:er, erbjuder högre hållfasthet och hållbarhet jämfört med material som keramik och glasfiber. Denna robusthet minimerar risken för skador under produktion, montering och normal drift, vilket säkerställer långvarig prestanda.
Dimensionell stabilitetMCPCB:er uppvisar större dimensionsstabilitet när de utsätts för temperaturvariationer. De upplever minimala storleksförändringar (vanligtvis 2.5 % till 3.0 %) över ett temperaturområde på 30 °C till 150 °C, vilket säkerställer jämn prestanda under olika miljöförhållanden.
Lättare vikt och högre återvinningsbarhetMCPCB:er är lättare än traditionella kretskort, vilket gör dem enklare att hantera och installera. Dessutom är aluminium återvinningsbart och giftfritt, vilket bidrar till miljövänliga metoder. Denna aspekt gör också aluminium till ett kostnadseffektivt alternativ till andra material.
Längre livstidAluminiumets styrka och hållbarhet ökar inte bara robustheten hos MCPCB:er utan bidrar också till en längre livslängd. Detta minskar underhållskostnaderna och behovet av utbyten, vilket gör MCPCB:er till en klok investering när det gäller livslängd.

Tillverkningsprocess för metallkärnkretskort

Tillverkningsprocessen för metallkärnkretskort (MCPCB) involverar flera specialiserade steg på grund av närvaron av ett metalllager i stapeln.

EnkellagerbrädorFör enskiktade MCPCB-kort utan lagerövergångar speglar processen den för traditionella FR4-kort. Det dielektriska lagret pressas och limmas direkt på metallplattan, vilket säkerställer effektiv vidhäftning.
FlerskiktsstaplarFör flerskiktade MCPCB:er börjar processen med att borra metallkärnan. Detta är avgörande för att möjliggöra lagerövergångar utan risk för kortslutning. Följande steg beskriver processen:
- BorrningNågot större hål borras i metallskiktet för att rymma isoleringsmaterialet.
- AnslutaDessa hål fylls med en isolerande gel, som sedan härdas. Detta steg är viktigt för att förbereda området för kopparplätering.
- PläteringNär gelen har härdat pläteras de borrade hålen med koppar, ungefär som vanliga vias i traditionella kretskort.
- LimningDe återstående dielektriska lagren pressas sedan och binds till metalllagret.
- Genomgående hålsborrningNär staplingen är klar borras genomgående hål genom hela konstruktionen, följt av ytterligare plätering och rengöringsprocesser.