金属芯印刷電(diàn)路板的优势

2021-04-10

金属芯印刷電(diàn)路板的优势

当PCB组件的温度开始升高时，该板的所有(yǒu)者开始大量出汗。显然，它们感觉到的热量比板上的组件要多(duō)。开个玩笑，别忘了冷静，金属芯在这里為(wèi)您服務(wù)。金属芯PCB用(yòng)于電(diàn)路中产生大量热量的地方，因此需要快速散发热量，以免损坏组件。

LED产业的快速发展，特别是在大功率LED照明领域，引起了人们对散热的担忧。这些LED通常安装在PCB上，因此会在電(diàn)路内产生问题。如果没有(yǒu)正确的技术，散热将阻碍以大功率运行的電(diàn)子设备的性能(néng)。在这些应用(yòng)中金属芯的实现证明可(kě)以解决此问题。

什么是金属芯PCB？

金属芯印刷電(diàn)路板（MCPCB）也称為(wèi)导热PCB，与传统的FR4相比，它以金属材料為(wèi)基础，用(yòng)于该板的散热器片段。在電(diàn)路板运行期间，由于某些電(diàn)子组件会产生热量。金属的目的是将热量从关键的電(diàn)路板组件转移到次要的區(qū)域，例如金属散热片背衬或金属芯。因此，这些PCB易于进行热管理(lǐ)。

我N A多(duō)层MCPCB，这些层将被均匀地分(fēn)布在金属芯的各侧。例如，在12层板中，金属芯将位于中心，顶部為(wèi)6层，底部為(wèi)6层。 

MCPCB也被称為(wèi)绝缘金属基板（IMS），绝缘金属PCB（IMPCB），热包覆PCB和金属包覆PCB。在本文(wén)中，我们将使用(yòng)缩写MCPCB以避免歧义。

MCPCB由绝热层，金属板和金属铜箔组成。

金属芯PCB中的散热。

MCPCB的基本结构包括以下内容：

阻焊膜

電(diàn)路层

铜层– 1盎司。到6盎司。（最常用(yòng)的1盎司至2盎司。）

介電(diàn)层

金属芯层–散热器或散热器

為(wèi)什么要使用(yòng)金属芯PCB？

印刷電(diàn)路板中积聚的过多(duō)热量会导致设备发生故障。产生大量热量的電(diàn)子设备无法始终使用(yòng)常规风扇进行冷却。通过金属芯板进行导電(diàn)冷却是理(lǐ)想的选择。在传导冷却中，热量通过直接接触从一个较热的部分(fēn)传递到一个较冷的部分(fēn)。由于热一直试图移动到任何较冷的物(wù)體(tǐ)或介质，因此效果很(hěn)好。

MCPCB的应用(yòng)

MCPCB在LED照明技术中使用(yòng)最广泛。一些流行的应用(yòng)程序是：

LED –背光单元，普通照明

汽車(chē)–電(diàn)动/混合动力汽車(chē)的電(diàn)机控制

马达驱动

固态继電(diàn)器

電(diàn)源设备–稳压器，开关稳压器，DC-DC转换器

太阳能(néng)電(diàn)池板，光伏電(diàn)池

运动控制

MCPCB中使用(yòng)的金属基底的类型

铝基板–铝印刷電(diàn)路板具有(yǒu)良好的散热和传热能(néng)力。由于它们的重量轻，因此铝芯PCB可(kě)以在LED照明，音频设备和通信電(diàn)子设备中找到其用(yòng)途。

此处，芯的厚度在40密耳和120密耳之间，最常用(yòng)的是40密耳和60密耳。铝基板的MCPCB的特性如下：

铝厚度：2mm至8mm

导热系数：5W /（mK）至2.0W /（mK）（瓦/米开尔文(wén)）

剥离强度：> 9lb / in

耐焊接性：SF：288℃，> 180秒(miǎo)。

击穿電(diàn)压：> 3000V

介電(diàn)损耗角：0.03

易燃性：UL 94V-0

面板尺寸：18英寸x 24英寸

铜基（铜芯或重铜） –铜芯板的性能(néng)优于铝。但是客户通常选择铝，因為(wèi)铜相对较贵。而且，铜芯较重并且需要艰难的加工过程。铜也比铝容易腐蚀。

各种贱金属及其性质

金属芯PCB介電(diàn)材料的热导率以瓦特/米开尔文(wén)（W / mK）為(wèi)单位。

金属基材	导热系数 （W / mK）	热膨胀系数 （µm / m-°C）	特征
铝5052 H32	138	25	Al-Mg-Cr合金 适用(yòng)于弯曲，机械成型，价格低廉
铝6061 T6	167	25	Al-Mg-Si-Cu合金 适用(yòng)于CNC加工和V形切割刻痕， 中等价格
铜C110	386	17	纯铜 低热膨胀系数，高导热率， 与铝相比相对昂贵

MCPCB的优势

这些板具有(yǒu)集成具有(yǒu)高导热率的介電(diàn)聚合物(wù)层以降低热阻的能(néng)力。

材料的電(diàn)导率越高，传热越快。

可(kě)以蚀刻金属板以控制热量流离部件

铝板的重量往往比陶瓷轻。

金属基材比环氧树脂产品持久并且导電(diàn)性更好。

金属无毒且可(kě)回收。

在高振动应用(yòng)中实现。由于磁芯降低了振动，因此组件不会脱落。

制造MCPCB

在典型的单面LED MCPCB中，铜箔的電(diàn)路层粘合到导热介電(diàn)材料层。该介電(diàn)层进一步粘结到较厚的金属层，该较厚的金属层可(kě)以是铝5052（5052H32），铝6061（6061T6）或铜C1100。

典型的LED金属芯PCB横截面

介電(diàn)层和金属芯的厚度

芯部由散热的特定厚度的金属板组成。厚度在30密耳至125密耳的范围内。铜箔的厚度约為(wèi)1盎司。到10盎司。

金属芯或金属背板是板上最厚的材料。最常用(yòng)的厚度是1mm，1.5mm和3.2mm。金属层可(kě)提供刚性，保持電(diàn)路平坦并提供足够的厚度，从而使其与标准板上实现的安装硬件兼容。電(diàn)路板的裸露金属板侧未涂有(yǒu)表面处理(lǐ)或阻焊剂。

单层金属芯PCB横截面。

铜	35微米
介電(diàn)厚度	100微米
介電(diàn)导热率	1至3 W / mK
铝芯厚度	1.5毫米

导热预浸料

预浸料使铜電(diàn)路层与金属层電(diàn)隔离，并有(yǒu)助于两层之间的热传递。预浸料最早将组分(fēn)产生的热量散布到贱金属上。该层的热导率越高，热传递越好。另外，降低热阻可(kě)更好地进行热传递。

MCPCB中的导热预浸料。

但是，与预浸料坯相关的传热速率越高，其成本就越高。介電(diàn)厚度在传热中也起作用(yòng)。通常，厚度范围从2密耳到6密耳。

MCPCB中的镀通孔

在MCPCB的设计过程中要牢记的一个主要因素是最大程度地减少電(diàn)镀通孔元件的使用(yòng)。而是，实现SMT组件。由于底层是金属，因此插入导電(diàn)成分(fēn)引線(xiàn)的PTH或NPTH会导致短路。如果实施了PTH，请務(wù)必记住将金属与通孔隔离。為(wèi)此，要对金属芯钻出比電(diàn)镀通孔大40密耳至50密耳的孔。之后，将这些孔填充不导電(diàn)的环氧树脂填料，然后对其进行压制。

多(duō)层金属芯板。

压制金属芯后，将剩余的填充剂化合物(wù)从表面去除。然后，准备将板与内层芯进行层压。层压后，立即钻出镀通孔，其余过程按照标准制造规程进行。

与标准LED PCB要求在组件下方进行散热的通孔不同，MCPCB消除了此类通孔的必要性，因為(wèi)金属芯实现了散热。因此，这使得制造商(shāng)的工作更加轻松，因為(wèi)钻孔过程保持在最低限度。在此过程之后，如果它是1层MCPCB，则将跳过化學(xué)镀过程，并直接进行電(diàn)路成像。此后，金属芯板遵循与标准FR4板相同的步骤。

金属芯PCB叠层

叠层在多(duō)层板中金属芯的每一侧应对称。详细地说，核心顶部的层数应等于底部的层数。类似于任何其他(tā)标准印刷電(diàn)路板，铜对称也是优选的。保持对称性可(kě)以避免翘曲问题。

金属芯PCB叠层

金属芯PCB与FR4 PCB  

金属芯板的传热速度是FR4 PCB的8到9倍。这些金属芯层压板通过以更快的速度散热来使发热部件保持较低的温度。介電(diàn)材料应保持尽可(kě)能(néng)薄，以使它形成从热源到金属背板的最短路径。这有(yǒu)助于更快的散热。介電(diàn)材料的厚度通常将在0.003英寸至0.006英寸的范围内。

参数	多(duō)氯联苯	标准FR4 PCB
電(diàn)导率	更高的导热率，典型值-1W / mK至7W / mK	低导热率，典型值-0.3W / mK至0.4W / mK
厚度	厚度变化是有(yǒu)限的。取决于可(kě)用(yòng)的背板厚度和電(diàn)介质片材厚度	多(duō)种厚度可(kě)供选择
散热	金属芯会迅速散热。消除热传递通孔	传热率较低。涉及通孔以进行热传递
镀通孔	PTH在1层PCB中不可(kě)用(yòng)。组件是表面安装的	实施PTH
加工过程	涉及相同的标准过程，不同之处在于v刻痕过程包括用(yòng)于切割金属的金刚石涂层锯片。	标准加工过程包括钻孔，铣削，v刻痕，counter孔，沉孔。
阻焊膜	LED板為(wèi)白色。仅应用(yòng)于顶层	包括深色，例如绿色，红色，蓝色和黑色
刚性	能(néng)够承受冲击和振动。刚度是FR4或聚酰亚胺设计的2至4倍。	与金属芯相比，刚性较低
经济	比FR4板贵	更便宜

散热器和散热器之间的區(qū)别

芯片上散热器和散热器的描述。

既然我们在这里谈论散热很(hěn)多(duō)，请允许我為(wèi)您解释散热器和散热器之间的區(qū)别。

在这里，基本思想是将热量从诸如处理(lǐ)器之类的发热组件散发到周围的空气介质中。

PCB中的散热器（左）和散热器（右）。图片来源：www.adl-usa.com

散热片

PCB中的散热器。

散热器使表面积和气流最大化以散热。通过在表面上安装销钉或散热片来增加表面积，并使用(yòng)内置的冷却风扇实现气流。在某些情况下，与散热器相比，散热器的散热速度更快。

带散热片的散热器。

基本上有(yǒu)两种散热器：被动散热器和主动散热器。无源散热器没有(yǒu)活动部件，而有(yǒu)源散热器则有(yǒu)活动部件。当热量过多(duō)而无法散热时，则使用(yòng)有(yǒu)源散热器。在此，通过迫使空气或其他(tā)流體(tǐ)通过该系统来对其进行冷却。

散热器通常在CPU，GPU，功率晶體(tǐ)管和开关设备中实现。

散热器

与散热器不同，散热器的顶部具有(yǒu)平坦的表面。不用(yòng)风扇和别针，而是将散热器直接压在另一个较大的平面上。散热器不会通过强制空气冷却或任何其他(tā)液體(tǐ)流體(tǐ)介质来冷却该區(qū)域。它们将热量传递到一个较凉的區(qū)域，在该區(qū)域中，热量安全地从各个组件散发出去。散热器非常适合在极端冲击和振动下运行的系统。此外，它们还用(yòng)于密封且与环境隔离的系统中。

随着对高功率和高组件密度的印刷電(diàn)路板的需求不断增加，热管理(lǐ)在这些板的可(kě)靠性中起着至关重要的作用(yòng)。金属芯的实施可(kě)以极大地帮助进行热管理(lǐ)。但是，热管理(lǐ)取决于某些因素，例如组件产生的热量，环境，设计和外壳。