什麼是金屬芯PCB（MCPCB）？
金屬芯印刷電路板 (MCPCB)，也稱為絕緣金屬基板 (IMS) PCB 或導熱 PCB，是一種利用金屬材料作為散熱基底的電路板，與傳統的 FR4 PCB 不同。 MCPCB 旨在有效地將電子元件在運作過程中產生的熱量傳導至較不重要的區域，例如金屬散熱器或金屬芯本身。
MCPCB 通常由三層組成：導電層、熱絕緣層和金屬基板層。這種結構可以實現有效的熱管理，確保電子設備的可靠性和使用壽命，尤其是在 LED 照明和電力電子等高功率應用中。
金屬芯PCB的類型
根據基材
基材的選擇取決於特定的應用要求，平衡導熱性、剛性和成本等因素。
MCPCB 製造中最常用的金屬包括鋁、銅和鋼合金：
- 鋁板：鋁以其出色的傳熱和散熱能力而聞名，而且價格相對便宜，使其成為 MCPCB 最經濟的選擇。
- 銅：雖然銅具有出色的熱性能，但其成本比鋁更高。
- 鐵板：鋼有普通鋼和不銹鋼兩種，鋼比鋁和銅更硬，但導熱性較低。
根據金屬芯PCB的結構和層數
單層金屬基板
雙層金屬基板
雙面金屬基板
多層金屬基板
金屬芯PCB（MCPCB）的優點
- 優越的散熱：MCPCB 採用鋁或銅等金屬，具有優異的導熱性。此特性可在高功率應用中實現高效的熱管理，顯著降低組件的工作溫度，並提高系統可靠性和使用壽命。例如，MCPCB 的導熱速度比傳統 FR8 PCB 快 9 到 4 倍。
- 減少對散熱器的需求：與導熱係數較低且需要額外冷卻硬體的 FR4 PCB 不同，MCPCB 可以有效自行散熱。這消除了笨重的散熱器，從而降低了整體系統尺寸和複雜性。
- 耐用性和強度：鋁是金屬芯印刷電路板 (MCPCB) 的常見基材，與陶瓷和玻璃纖維等材料相比，其強度和耐用性更高。這種堅固性可最大限度地降低生產、組裝和正常運作過程中的損壞風險，確保其持久性能。
- 尺寸穩定性：MCPCB 在溫度變化時表現出更高的尺寸穩定性。在 2.5°C 至 3.0°C 的溫度範圍內，它們的尺寸變化極小（通常為 30% 至 150%），確保在各種環境條件下保持一致的性能。
- 重量更輕，可回收性更高：MCPCB 比傳統 PCB 更輕，更容易搬運和安裝。此外，鋁可回收且無毒，有利於環保。這也使得鋁成為一種經濟高效的材料替代品。
- 更長的使用壽命：鋁的強度和耐用性不僅增強了金屬芯印刷電路板 (MCPCB) 的堅固性，還有助於延長使用壽命。這降低了維護成本和更換需求，使金屬芯印刷電路板 (MCPCB) 在使用壽命方面成為明智的投資。
金屬芯PCB製造工藝
由於堆疊中存在金屬層，因此金屬芯印刷電路板 (MCPCB) 的製造過程涉及幾個專門的步驟。
單層板：對於無層間過渡的單層MCPCB，其製程與傳統FR4板相同。介電層直接壓合併黏合到金屬板上，確保有效黏合。
多層堆疊：對於多層金屬芯印刷電路板 (MCPCB)，此製程首先從金屬芯鑽孔開始。這對於實現層間過渡且避免短路風險至關重要。以下步驟概述了該工藝：
- 鑽孔：在金屬層上鑽稍大的孔洞以容納絕緣材料。
- 堵塞：這些孔洞用絕緣凝膠填充，然後固化並硬化。此步驟對於準備鍍銅區域至關重要。
- 電鍍：凝膠凝固後，鑽孔會鍍上銅，類似傳統 PCB 中的標準過孔。
- 粘接：然後將剩餘的介電層壓制並黏合到金屬層上。
- 通孔鑽孔：堆疊完成後，在整個組件上鑽通孔，然後進行額外的電鍍和清潔過程。