PCB Inti Logam (MCPCB) oleh PCBasic  

Seiring dengan semakin kuat, kecil, dan berkinerja tingginya produk elektronik, masalah pembuangan panas menjadi masalah penting yang harus diatasi dalam desain PCB. Material PCB tradisional (seperti FR-4 dan polimida) memiliki konduktivitas termal yang buruk dan sulit untuk membuang panas secara cepat di sirkuit berdaya tinggi, yang dapat dengan mudah menyebabkan komponen menjadi terlalu panas atau bahkan rusak.

Untuk mengatasi masalah ini, PCBasic berfokus pada perancangan dan manufaktur papan sirkuit cetak inti logam (MCPCB), yang juga dikenal sebagai PCB inti logam, PCB berlapis logam, atau PCB termal. Papan sirkuit jenis ini menggabungkan lapisan inti logam dalam desainnya, yang dapat menghantarkan panas lebih cepat, sehingga operasi sirkuit lebih stabil dan andal. Papan sirkuit ini sangat cocok untuk digunakan dalam berbagai produk elektronik berdaya tinggi dan berkinerja tinggi.

Apa itu MCPCB?

MCPCB, juga dikenal sebagai PCB substrat logam terisolasi (IMS) atau PCB berlapis termal, adalah jenis papan sirkuit inti logam yang dirancang khusus untuk mengatasi masalah pemanasan pada produk elektronik.

Berbeda dengan PCB FR-4 tradisional yang menggunakan resin atau fiberglass sebagai bahan dasarnya, PCB inti logam memiliki lapisan dasar logam dalam strukturnya, biasanya terbuat dari paduan aluminium, tembaga, atau baja. Lapisan logam ini dapat dengan cepat menghantarkan panas yang dihasilkan komponen dan mentransfernya ke heatsink atau lapisan inti logam, sehingga membuat sirkuit beroperasi lebih stabil dan tidak mudah panas berlebih.

Di antara material logam ini, aluminium adalah yang paling umum digunakan karena konduktivitas termalnya yang baik, kekuatan mekanisnya yang tinggi, dan biayanya yang rendah. Saat ini, aluminium menjadi pilihan utama untuk manufaktur MCPCB.

MCPCB terdiri dari lapisan konduktif, lapisan isolasi termal, dan lapisan substrat logam.

Papan sirkuit inti logam standar terdiri dari:

•  Lapisan masker solder

•  Lapisan sirkuit

•  Lapisan tembaga (tembaga 1 ons–6 ons, paling umum 1–2 ons)

•  Lapisan isolasi dielektrik

•  Lapisan inti logam (aluminium, tembaga, atau baja) — berfungsi sebagai penyerap panas

•  Lapisan pelindung atau lapisan akhir opsional

Keuntungan MCPCB

Dibandingkan dengan papan sirkuit tradisional, PCB inti logam memiliki keuntungan yang jelas berikut ini:

1. Pembuangan Panas yang Lebih Baik

Berkat penggunaan material logam, konduktivitas termal PCB inti logam (terutama substrat aluminium dan tembaga) sangat baik. PCB ini dapat dengan cepat mendisipasi panas yang dihasilkan oleh LED berdaya tinggi, modul daya, elektronik otomotif, dll., sehingga secara signifikan meningkatkan efisiensi disipasi panas dan membuat sirkuit lebih stabil.

2. Mengurangi Kebutuhan Heatsink Eksternal

Papan MCPCB dapat menghantarkan panas dengan sangat baik, sehingga dalam banyak kasus, tidak perlu menambahkan heatsink atau kipas pendingin tambahan. Dengan demikian, peralatan berukuran lebih kecil, lebih ringan, dan memiliki desain yang lebih sederhana.

3. Kekuatan Mekanik Tinggi

Lapisan inti logam (terutama bahan aluminium) membuat papan sirkuit lebih kaku, mampu menahan tekanan yang disebabkan oleh pembengkokan, getaran, serta pemuaian dan penyusutan termal, dan lebih tahan lama baik dalam produksi maupun penggunaan.

4. Ringan dan Ramah Lingkungan

Dibandingkan dengan papan keramik atau fiberglass, papan sirkuit cetak inti logam tidak hanya lebih ringan dan lebih tahan lama, tetapi juga dapat didaur ulang dan digunakan kembali. Terutama aluminium, yang tidak beracun, ramah lingkungan, dan dapat didaur ulang, sangat cocok untuk manufaktur berkelanjutan.

5. Stabilitas Dimensi

Dalam kisaran suhu 30°C hingga 150°C, PCB inti logam mempertahankan dimensi dan kinerja yang stabil, memastikan pengoperasian peralatan yang andal dalam jangka panjang.

Jenis-jenis MCPCB

Tergantung pada konfigurasi lapisan konduktif dan logam, MCPCB dapat dikategorikan menjadi lima jenis utama:

1. MCPCB Lapisan Tunggal

2. MCPCB COB (Chip-on-Board)

3. MCPCB Lapisan Ganda

4. MCPCB Dua Sisi

5. MCPCB Multi-Lapisan

MCPCB Lapisan Tunggal

MCPCB Lapisan Tunggal 

PCB inti logam satu lapis terdiri dari tiga bagian: lapisan sirkuit tembaga, lapisan insulasi dielektrik, dan alas logam (biasanya aluminium). Struktur ini sederhana dan praktis, hemat biaya, dan andal dalam kinerja, serta sangat cocok untuk produksi massal.

aplikasi:

• Pencahayaan LED dan lampu kecerahan tinggi

• Relai otomotif dan industri

• Peralatan audio dan amplifier

• Sensor dan mesin pengemasan

MCPCB satu lapis yang diproduksi oleh PCBasic banyak digunakan dalam pencahayaan LED. Dengan kinerja pembuangan panasnya yang luar biasa, MCPCB ini dapat menurunkan suhu secara efektif, memastikan kecerahan dan daya tahan lampu.

MCPCB COB

MCPCB COB (Chip-on-Board Metal Core PCB) adalah jenis khusus papan sirkuit cetak berinti logam. Fitur utamanya adalah cetakan polos terpasang langsung pada papan berinti logam, sehingga menghilangkan kebutuhan akan lapisan penghalang dielektrik pada struktur tradisional.

Desain ini memungkinkan chip untuk bersentuhan langsung dengan inti logam PCB, menghasilkan perpindahan panas yang lebih cepat dan efisien. Konduktivitas termalnya dapat melebihi 200 W/m·K, yang hampir setara dengan konduktivitas termal material dasar logam itu sendiri.

Struktur dasar PCB inti logam COB meliputi:

•  Ikatan chip langsung pada PCB inti logam

•  Ikatan kawat untuk interkoneksi sinyal

•  Enkapsulasi resin epoksi untuk perlindungan chip

Chip ini tertanam kuat pada papan MCPCB melalui pengikatan kawat dan enkapsulasi epoksi. Desain ini dapat meningkatkan keseragaman cahaya dan, sekaligus, memperpanjang masa pakai LED berdaya tinggi.

Sebagian besar papan MCPCB COB menggunakan aluminium sebagai material inti karena konduktivitas termalnya yang baik, kekuatannya yang tinggi, dan biayanya yang rendah, sehingga menjadi pilihan utama bagi sebagian besar produsen PCB inti logam. Beberapa produk kelas atas juga menggunakan PCB aluminium dengan lapisan cermin dan pelapisan perak/emas untuk meningkatkan reflektivitas dan kinerja pembuangan panas.

aplikasi:

• Lampu jalan dan lampu sorot LED

• Modul lampu latar dan tampilan LED

• Catu daya dan konverter

• Lampu depan dan sistem sinyal otomotif

• Lampu tanam pertanian dan hortikultura

• Sistem penerangan industri dan arsitektur

MCPCB Lapisan Ganda

MCPCB Lapisan Ganda 

MCPCB lapis ganda adalah jenis papan sirkuit cetak inti logam dengan struktur yang lebih kompleks daripada papan sirkuit lapis tunggal. Papan sirkuit ini memiliki dua lapisan sirkuit tembaga, yang keduanya dilaminasi pada dasar logam di sisi yang sama. Material yang umum digunakan adalah aluminium atau tembaga. Inti logam terletak di bagian bawah papan sirkuit, yang dapat memberikan dukungan mekanis yang baik sekaligus membantu pembuangan panas yang cepat.

Tidak seperti PCB inti logam dua sisi, di mana dua lapisan tembaga didistribusikan pada kedua sisi inti logam, semua komponen elektronik MCPCB lapisan ganda dipasang pada sisi yang sama, sehingga membuat strukturnya lebih kompak.

Dibandingkan dengan PCB inti logam satu lapis, produksi MCPCB dua lapis lebih kompleks. Selama proses produksi, diperlukan langkah laminasi tambahan untuk merekatkan lapisan konduktif termal ke substrat logam dengan kuat. Langkah ini memiliki persyaratan tinggi untuk akurasi proses dan harus memastikan bahwa lapisan-lapisan tersebut terisolasi dan dapat menghantarkan listrik dengan andal.

Aplikasi MCPCB Lapisan Ganda

• Inverter daya dan penyearah

• Preamplifier dan amplifier audio

• Unit kontrol daya dan regulator

• Peralatan otomasi industri

• Penggerak motor dan modul komunikasi

Sebagai produsen MCPCB profesional, PCBasic mengadopsi teknologi laminasi canggih untuk memastikan bahwa pada setiap papan MCPCB lapis ganda, lapisan konduktif termal menyatu erat dengan substrat logam dan tidak mudah terkelupas.

MCPCB Dua Sisi

Mirip dengan PCB inti logam dua lapis, PCB inti logam dua sisi juga memiliki dua lapis konduktor tembaga. Namun, inti logamnya terletak di antara kedua lapisan tersebut. Dengan kata lain, terdapat jejak sirkuit pada permukaan atas dan bawah lapisan inti logam, yang terhubung melalui via berlapis.

Tidak seperti PCB inti logam satu sisi, MCPCB dua sisi memerlukan langkah laminasi tambahan selama produksi, yang mengikat dengan kuat lapisan konduktif termal berpola ke substrat inti logam.

Dibandingkan dengan papan sirkuit FR-4 biasa, PCB inti logam dua sisi memiliki persyaratan presisi dan pengalaman manufaktur yang lebih tinggi. Saat melaminasi dua lapisan foil tembaga ke inti logam, suhu, tekanan, dan kinerja insulasi perlu dikontrol secara presisi. Hanya dengan cara ini isolasi listrik yang baik dan kinerja termal yang stabil dapat dipastikan.

aplikasi:

• Unit kontrol industri

• Konverter dan regulator daya

• Sistem HVAC

• Dasbor otomotif

• UPS dan sistem komunikasi

MCPCB multi-lapis

MCPCB multi-lapis 

PCB inti logam multi-lapis adalah jenis papan sirkuit cetak inti logam berkinerja tinggi. PCB ini terdiri dari beberapa lapisan sirkuit tembaga dan material dielektrik konduktif termal yang ditumpuk di atas dasar logam padat.

Struktur ini memungkinkan papan sirkuit untuk mencapai perutean sinyal internal, bidang tanah, dan desain vias buta atau terkubur dengan tetap mempertahankan konduktivitas termal yang tinggi. Struktur ini juga menawarkan fleksibilitas desain yang lebih tinggi dan kinerja manajemen termal yang lebih baik.

Dibandingkan dengan papan sirkuit FR-4 tradisional, persyaratan manufaktur untuk MCPCB multi-lapis lebih tinggi. Dalam proses laminasi, suhu, tekanan, dan kinerja insulasi perlu dikontrol secara presisi untuk memastikan setiap lapisan tembaga dapat terikat erat pada inti logam.

aplikasi:

• Server dan pusat data

• Sistem kedirgantaraan dan satelit

• Elektronik medis (EKG, monitor jantung)

• Sistem komunikasi frekuensi tinggi

• Instrumentasi ilmiah