金属芯印刷电路板的优势

2021-04-10

金属芯印刷电路板的优势

当PCB组件的温度开始升高时，该板的所有者开始大量出汗。显然，它们感觉到的热量比板上的组件要多。开个玩笑，别忘了冷静，金属芯在这里为您服务。金属芯PCB用于电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，因此会在电路内产生问题。如果没有正确的技术，散热将阻碍以大功率运行的电子设备的性能。在这些应用中金属芯的实现证明可以解决此问题。

什么是金属芯PCB？

金属芯印刷电路板（MCPCB）也称为导热PCB，与传统的FR4相比，它以金属材料为基础，用于该板的散热器片段。在电路板运行期间，由于某些电子组件会产生热量。金属的目的是将热量从关键的电路板组件转移到次要的区域，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。

我N A多层MCPCB，这些层将被均匀地分布在金属芯的各侧。例如，在12层板中，金属芯将位于中心，顶部为6层，底部为6层。 

MCPCB也被称为绝缘金属基板（IMS），绝缘金属PCB（IMPCB），热包覆PCB和金属包覆PCB。在本文中，我们将使用缩写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

电路层

铜层– 1盎司。到6盎司。（最常用的1盎司至2盎司。）

介电层

金属芯层–散热器或散热器

为什么要使用金属芯PCB？

印刷电路板中积聚的过多热量会导致设备发生故障。产生大量热量的电子设备无法始终使用常规风扇进行冷却。通过金属芯板进行导电冷却是理想的选择。在传导冷却中，热量通过直接接触从一个较热的部分传递到一个较冷的部分。由于热一直试图移动到任何较冷的物体或介质，因此效果很好。

MCPCB的应用

MCPCB在LED照明技术中使用最广泛。一些流行的应用程序是：

LED –背光单元，普通照明

汽车–电动/混合动力汽车的电机控制

马达驱动

固态继电器

电源设备–稳压器，开关稳压器，DC-DC转换器

太阳能电池板，光伏电池

运动控制

MCPCB中使用的金属基底的类型

铝基板–铝印刷电路板具有良好的散热和传热能力。由于它们的重量轻，因此铝芯PCB可以在LED照明，音频设备和通信电子设备中找到其用途。

此处，芯的厚度在40密耳和120密耳之间，最常用的是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）

剥离强度：> 9lb / in

耐焊接性：SF：288℃，> 180秒。

击穿电压：> 3000V

介电损耗角：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） –铜芯板的性能优于铝。但是客户通常选择铝，因为铜相对较贵。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介电材料的热导率以瓦特/米开尔文（W / mK）为单位。

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 适用于弯曲，机械成型，价格低廉
铝6061 T6	167	25	Al-Mg-Si-Cu合金 适用于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

这些板具有集成具有高导热率的介电聚合物层以降低热阻的能力。

材料的电导率越高，传热越快。

可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电性更好。

金属无毒且可回收。

在高振动应用中实现。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，铜箔的电路层粘合到导热介电材料层。该介电层进一步粘结到较厚的金属层，该较厚的金属层可以是铝5052（5052H32），铝6061（6061T6）或铜C1100。

典型的LED金属芯PCB横截面

介电层和金属芯的厚度

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。铜箔的厚度约为1盎司。到10盎司。

金属芯或金属背板是板上最厚的材料。最常用的厚度是1mm，1.5mm和3.2mm。金属层可提供刚性，保持电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。电路板的裸露金属板侧未涂有表面处理或阻焊剂。

单层金属芯PCB横截面。

铜	35微米
介电厚度	100微米
介电导热率	1至3 W / mK
铝芯厚度	1.5毫米

导热预浸料

预浸料使铜电路层与金属层电隔离，并有助于两层之间的热传递。预浸料最早将组分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。介电厚度在传热中也起作用。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电镀通孔元件的使用。而是，实现SMT组件。由于底层是金属，因此插入导电成分引线的PTH或NPTH会导致短路。如果实施了PTH，请务必记住将金属与通孔隔离。为此，要对金属芯钻出比电镀通孔大40密耳至50密耳的孔。之后，将这些孔填充不导电的环氧树脂填料，然后对其进行压制。

多层金属芯板。

压制金属芯后，将剩余的填充剂化合物从表面去除。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，因为金属芯实现了散热。因此，这使得制造商的工作更加轻松，因为钻孔过程保持在最低限度。在此过程之后，如果它是1层MCPCB，则将跳过化学镀过程，并直接进行电路成像。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。类似于任何其他标准印刷电路板，铜对称也是优选的。保持对称性可以避免翘曲问题。

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。介电材料应保持尽可能薄，以使它形成从热源到金属背板的最短路径。这有助于更快的散热。介电材料的厚度通常将在0.003英寸至0.006英寸的范围内。

参数	多氯联苯	标准FR4 PCB
电导率	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	厚度变化是有限的。取决于可用的背板厚度和电介质片材厚度	多种厚度可供选择
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中不可用。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板为白色。仅应用于顶层	包括深色，例如绿色，红色，蓝色和黑色
刚性	能够承受冲击和振动。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区别

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多，请允许我为您解释散热器和散热器之间的区别。

在这里，基本思想是将热量从诸如处理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。

基本上有两种散热器：被动散热器和主动散热器。无源散热器没有活动部件，而有源散热器则有活动部件。当热量过多而无法散热时，则使用有源散热器。在此，通过迫使空气或其他流体通过该系统来对其进行冷却。

散热器通常在CPU，GPU，功率晶体管和开关设备中实现。

散热器

与散热器不同，散热器的顶部具有平坦的表面。不用风扇和别针，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液体流体介质来冷却该区域。它们将热量传递到一个较凉的区域，在该区域中，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电路板的需求不断增加，热管理在这些板的可靠性中起着至关重要的作用。金属芯的实施可以极大地帮助进行热管理。但是，热管理取决于某些因素，例如组件产生的热量，环境，设计和外壳。