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金屬芯印刷電路板的優勢
金屬芯印刷電路板的優勢
當PCB組件的溫度開始升高時，該板的所有者開始大量出汗。顯然，它們感覺到的熱量比板上的組件要多。開個玩笑，別忘了冷靜，金屬芯在這里為您服務。金屬芯PCB用于電路中產生大量熱量的地方，因此需要快速散發熱量，以免損壞組件。
LED產業的快速發展，特別是在大功率LED照明領域，引起了人們對散熱的擔憂。這些LED通常安裝在PCB上，因此會在電路內產生問題。如果沒有正確的技術，散熱將阻礙以大功率運行的電子設備的性能。在這些應用中金屬芯的實現證明可以解決此問題。
什么是金屬芯PCB？
金屬芯印刷電路板（MCPCB）也稱為導熱PCB，與傳統的FR4相比，它以金屬材料為基礎，用于該板的散熱器片段。在電路板運行期間，由于某些電子組件會產生熱量。金屬的目的是將熱量從關鍵的電路板組件轉移到次要的區域，例如金屬散熱片背襯或金屬芯。因此，這些PCB易于進行熱管理。
我N A多層MCPCB，這些層將被均勻地分布在金屬芯的各側。例如，在12層板中，金屬芯將位于中心，頂部為6層，底部為6層。
MCPCB也被稱為絕緣金屬基板（IMS），絕緣金屬PCB（IMPCB），熱包覆PCB和金屬包覆PCB。在本文中，我們將使用縮寫MCPCB以避免歧義。
MCPCB由絕熱層，金屬板和金屬銅箔組成。
金屬芯PCB中的散熱。
MCPCB的基本結構包括以下內容：
阻焊膜
電路層
銅層– 1盎司。到6盎司。（最常用的1盎司至2盎司。）
介電層
金屬芯層–散熱器或散熱器
為什么要使用金屬芯PCB？
印刷電路板中積聚的過多熱量會導致設備發生故障。產生大量熱量的電子設備無法始終使用常規風扇進行冷卻。通過金屬芯板進行導電冷卻是理想的選擇。在傳導冷卻中，熱量通過直接接觸從一個較熱的部分傳遞到一個較冷的部分。由于熱一直試圖移動到任何較冷的物體或介質，因此效果很好。
MCPCB的應用
MCPCB在LED照明技術中使用最廣泛。一些流行的應用程序是：
LED –背光單元，普通照明
汽車–電動/混合動力汽車的電機控制
馬達驅動
固態繼電器
電源設備–穩壓器，開關穩壓器，DC-DC轉換器
太陽能電池板，光伏電池
運動控制
MCPCB中使用的金屬基底的類型
鋁基板–鋁印刷電路板具有良好的散熱和傳熱能力。由于它們的重量輕，因此鋁芯PCB可以在LED照明，音頻設備和通信電子設備中找到其用途。
此處，芯的厚度在40密耳和120密耳之間，最常用的是40密耳和60密耳。鋁基板的MCPCB的特性如下：
鋁厚度：2mm至8mm
導熱系數：5W /（mK）至2.0W /（mK）（瓦/米開爾文）
剝離強度：> 9lb / in
耐焊接性：SF：288℃，> 180秒。
擊穿電壓：> 3000V
介電損耗角：0.03
易燃性：UL 94V-0
面板尺寸：18英寸x 24英寸
銅基（銅芯或重銅） –銅芯板的性能優于鋁。但是客戶通常選擇鋁，因為銅相對較貴。而且，銅芯較重并且需要艱難的加工過程。銅也比鋁容易腐蝕。
各種賤金屬及其性質
金屬芯PCB介電材料的熱導率以瓦特/米開爾文（W / mK）為單位。
|
金屬基材 |
導熱系數 |
熱膨脹系數 |
特征 |
|
鋁5052 H32 |
138 |
25 |
Al-Mg-Cr合金 |
|
鋁6061 T6 |
167 |
25 |
Al-Mg-Si-Cu合金 |
|
銅C110 |
386 |
17 |
純銅 |
MCPCB的優勢
這些板具有集成具有高導熱率的介電聚合物層以降低熱阻的能力。
材料的電導率越高，傳熱越快。
可以蝕刻金屬板以控制熱量流離部件
鋁板的重量往往比陶瓷輕。
金屬基材比環氧樹脂產品持久并且導電性更好。
金屬無毒且可回收。
在高振動應用中實現。由于磁芯降低了振動，因此組件不會脫落。
制造MCPCB
在典型的單面LED MCPCB中，銅箔的電路層粘合到導熱介電材料層。該介電層進一步粘結到較厚的金屬層，該較厚的金屬層可以是鋁5052（5052H32），鋁6061（6061T6）或銅C1100。
典型的LED金屬芯PCB橫截面
介電層和金屬芯的厚度
芯部由散熱的特定厚度的金屬板組成。厚度在30密耳至125密耳的范圍內。銅箔的厚度約為1盎司。到10盎司。
金屬芯或金屬背板是板上最厚的材料。最常用的厚度是1mm，1.5mm和3.2mm。金屬層可提供剛性，保持電路平坦并提供足夠的厚度，從而使其與標準板上實現的安裝硬件兼容。電路板的裸露金屬板側未涂有表面處理或阻焊劑。
單層金屬芯PCB橫截面。
|
銅 |
35微米 |
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介電厚度 |
100微米 |
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介電導熱率 |
1至3 W / mK |
|
鋁芯厚度 |
1.5毫米 |
導熱預浸料
預浸料使銅電路層與金屬層電隔離，并有助于兩層之間的熱傳遞。預浸料最早將組分產生的熱量散布到賤金屬上。該層的熱導率越高，熱傳遞越好。另外，降低熱阻可更好地進行熱傳遞。
MCPCB中的導熱預浸料。
但是，與預浸料坯相關的傳熱速率越高，其成本就越高。介電厚度在傳熱中也起作用。通常，厚度范圍從2密耳到6密耳。
MCPCB中的鍍通孔
在MCPCB的設計過程中要牢記的一個主要因素是最大程度地減少電鍍通孔元件的使用。而是，實現SMT組件。由于底層是金屬，因此插入導電成分引線的PTH或NPTH會導致短路。如果實施了PTH，請務必記住將金屬與通孔隔離。為此，要對金屬芯鉆出比電鍍通孔大40密耳至50密耳的孔。之后，將這些孔填充不導電的環氧樹脂填料，然后對其進行壓制。
多層金屬芯板。
壓制金屬芯后，將剩余的填充劑化合物從表面去除。然后，準備將板與內層芯進行層壓。層壓后，立即鉆出鍍通孔，其余過程按照標準制造規程進行。
與標準LED PCB要求在組件下方進行散熱的通孔不同，MCPCB消除了此類通孔的必要性，因為金屬芯實現了散熱。因此，這使得制造商的工作更加輕松，因為鉆孔過程保持在最低限度。在此過程之后，如果它是1層MCPCB，則將跳過化學鍍過程，并直接進行電路成像。此后，金屬芯板遵循與標準FR4板相同的步驟。
金屬芯PCB疊層
疊層在多層板中金屬芯的每一側應對稱。詳細地說，核心頂部的層數應等于底部的層數。類似于任何其他標準印刷電路板，銅對稱也是優選的。保持對稱性可以避免翹曲問題。
金屬芯PCB疊層
金屬芯PCB與FR4 PCB
金屬芯板的傳熱速度是FR4 PCB的8到9倍。這些金屬芯層壓板通過以更快的速度散熱來使發熱部件保持較低的溫度。介電材料應保持盡可能薄，以使它形成從熱源到金屬背板的最短路徑。這有助于更快的散熱。介電材料的厚度通常將在0.003英寸至0.006英寸的范圍內。
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參數 |
多氯聯苯 |
標準FR4 PCB |
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電導率 |
更高的導熱率，典型值-1W / mK至7W / mK |
低導熱率，典型值-0.3W / mK至0.4W / mK |
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厚度 |
厚度變化是有限的。取決于可用的背板厚度和電介質片材厚度 |
多種厚度可供選擇 |
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散熱 |
金屬芯會迅速散熱。消除熱傳遞通孔 |
傳熱率較低。涉及通孔以進行熱傳遞 |
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鍍通孔 |
PTH在1層PCB中不可用。組件是表面安裝的 |
實施PTH |
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加工過程 |
涉及相同的標準過程，不同之處在于v刻痕過程包括用于切割金屬的金剛石涂層鋸片。 |
標準加工過程包括鉆孔，銑削，v刻痕，counter孔，沉孔。 |
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阻焊膜 |
LED板為白色。僅應用于頂層 |
包括深色，例如綠色，紅色，藍色和黑色 |
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剛性 |
能夠承受沖擊和振動。剛度是FR4或聚酰亞胺設計的2至4倍。 |
與金屬芯相比，剛性較低 |
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經濟 |
比FR4板貴 |
更便宜 |
散熱器和散熱器之間的區別
芯片上散熱器和散熱器的描述。
既然我們在這里談論散熱很多，請允許我為您解釋散熱器和散熱器之間的區別。
在這里，基本思想是將熱量從諸如處理器之類的發熱組件散發到周圍的空氣介質中。
PCB中的散熱器（左）和散熱器（右）。圖片來源：www.adl-usa.com
散熱片
PCB中的散熱器。
散熱器使表面積和氣流最大化以散熱。通過在表面上安裝銷釘或散熱片來增加表面積，并使用內置的冷卻風扇實現氣流。在某些情況下，與散熱器相比，散熱器的散熱速度更快。
帶散熱片的散熱器。
基本上有兩種散熱器：被動散熱器和主動散熱器。無源散熱器沒有活動部件，而有源散熱器則有活動部件。當熱量過多而無法散熱時，則使用有源散熱器。在此，通過迫使空氣或其他流體通過該系統來對其進行冷卻。
散熱器通常在CPU，GPU，功率晶體管和開關設備中實現。
散熱器
與散熱器不同，散熱器的頂部具有平坦的表面。不用風扇和別針，而是將散熱器直接壓在另一個較大的平面上。散熱器不會通過強制空氣冷卻或任何其他液體流體介質來冷卻該區域。它們將熱量傳遞到一個較涼的區域，在該區域中，熱量安全地從各個組件散發出去。散熱器非常適合在極端沖擊和振動下運行的系統。此外，它們還用于密封且與環境隔離的系統中。
隨著對高功率和高組件密度的印刷電路板的需求不斷增加，熱管理在這些板的可靠性中起著至關重要的作用。金屬芯的實施可以極大地幫助進行熱管理。但是，熱管理取決于某些因素，例如組件產生的熱量，環境，設計和外殼。