PCBasicのメタルコアPCB（MCPCB）  

電子製品の高性能化、小型化、高性能化が進むにつれ、放熱問題はPCB設計において解決すべき重要な課題となっています。従来のPCB材料（FR-4やポリイミドなど）は熱伝導率が低く、高出力回路において適切なタイミングで放熱することが困難です。その結果、部品の過熱や損傷につながる可能性があります。

この問題を解決するため、PCBasicはメタルコアプリント基板（MCPCB）の設計と製造に注力しました。MCPCBはメタルコアPCB、メタルクラッドPCB、またはサーマルPCBとも呼ばれます。このタイプの基板は、金属コア層を設計に取り入れており、熱をより速く伝導するため、回路の動作がより安定し、信頼性が高まります。これは、さまざまな高出力・高性能電子製品への使用に非常に適しています。

MCPCBとは何ですか?

MCPCB は、絶縁金属基板 (IMS) PCB または熱被覆 PCB とも呼ばれ、電子製品の発熱問題を解決するために特別に設計された金属コア回路基板の一種です。

樹脂やグラスファイバーをベース材料とする従来のFR-4 PCBとは異なり、メタルコアPCBは、通常アルミニウム、銅、または鋼合金で作られた金属ベース層を構造に組み込んでいます。この金属層は、部品から発生した熱を素早く伝導し、ヒートシンクまたは金属コア層へと伝達します。これにより、回路の動作がより安定し、過熱の可能性が低くなります。

これらの金属材料の中で、アルミニウムは優れた熱伝導性、高い機械的強度、そして低コストであることから、最も一般的に使用されています。現在、MCPCB製造において主流となっています。

MCPCB は、導電層、断熱層、金属基板層で構成されています。

標準的な金属コア回路基板は、次のもので構成されています。

•  ソルダーマスク層

•  回路層

•  銅層（1オンス～6オンスの銅、最も一般的なのは1～2オンス）

•  誘電絶縁層

•  金属コア層（アルミニウム、銅、または鋼）—ヒートシンクとして機能する

•  オプションの保護コーティングまたは仕上げ

MCPCBのメリット

従来の回路基板と比較して、金属コア PCB には次のような明らかな利点があります。

1. 優れた放熱性

金属材料を使用しているため、メタルコアPCB（特にアルミニウムおよび銅基板）は熱伝導率が非常に優れています。高出力LED、パワーモジュール、車載エレクトロニクスなどから発生する熱を素早く放散し、放熱効率を大幅に向上させ、回路の安定性を高めます。

2. 外部ヒートシンクの必要性の低減

MCPCBボードは単体でも非常に優れた熱伝導性を持つため、多くの場合、追加のヒートシンクや冷却ファンを追加する必要がありません。これにより、機器のサイズが小型化、軽量化され、設計もシンプルになります。

3. 高い機械的強度

金属コア層（特にアルミニウム素材）により、回路基板の剛性が高まり、曲げ、振動、熱膨張・収縮によるストレスに耐えられるようになり、製造時と使用時の耐久性が向上します。

4. 軽量で環境に優しい

セラミック基板やグラスファイバー基板と比較して、金属コアプリント基板は軽量で耐久性に優れているだけでなく、リサイクルと再利用も可能です。特にアルミニウムは無毒で環境に優しく、リサイクルも可能なため、持続可能な製造に非常に適しています。

5. 寸法安定性

メタルコア PCB は、30°C ～ 150°C の温度範囲内で安定した寸法と性能を維持し、機器の長期にわたる信頼性の高い動作を保証します。

MCPCBの種類

導電層と金属層の構成に応じて、MCPCB は主に 5 つのタイプに分類できます。

1. 単層MCPCB

2. COB MCPCB（チップオンボード）

3. 二重層MCPCB

4. 両面MCPCB

5. 多層MCPCB

単層MCPCB

単層MCPCB 

単層メタルコアPCBは、銅回路層、誘電体絶縁層、金属ベース（通常はアルミニウムを使用）の3つの部分で構成されています。この構造はシンプルで実用的であり、コスト効率と性能信頼性に優れ、大量生産に非常に適しています。

アプリケーション：

• LED照明と高輝度ランプ

• 自動車および産業用リレー

• オーディオ機器とアンプ

• センサーおよび包装機械

PCBasicが製造する単層MCPCBは、LED照明に広く使用されています。優れた放熱性能により、温度を効果的に下げ、ランプの明るさと寿命を確保します。

COB MCPCB

COB MCPCB（チップオンボードメタルコアPCB）は、特殊なタイプのメタルコアプリント基板です。その最大の特徴は、ベアダイがメタルコア基板上に直接実装されているため、従来の構造における誘電体バリア層が不要であることです。

この設計により、チップが金属コアPCBに直接接触し、より高速かつ効率的な熱伝達が可能になります。熱伝導率は200W/m·Kを超え、金属ベース材料自体の熱伝導率とほぼ同等です。

COB メタルコア PCB の基本構造は次のとおりです。

•  金属コアPCBへの直接チップボンディング

•  信号相互接続用のワイヤボンディング

•  チップ保護のためのエポキシ樹脂封止

チップはワイヤボンディングとエポキシ樹脂封止によりMCPCB基板にしっかりと固定されています。この設計により、光の均一性が向上し、同時に高出力LEDの寿命も延長されます。

ほとんどのCOB MCPCB基板は、優れた熱伝導性、高強度、低コストという理由から、コア材料としてアルミニウムを使用しており、多くのメタルコアPCBメーカーにとって第一選択肢となっています。一部のハイエンド製品では、反射率と放熱性を高めるために、銀/金メッキを施した鏡面仕上げのアルミニウムPCBが使用されることもあります。

アプリケーション：

• LED街灯と投光器

• LEDバックライトおよびディスプレイモジュール

• 電源およびコンバータ

• 自動車のヘッドライトと信号システム

• 農業および園芸用栽培ライト

• 産業用および建築用照明システム

二層MCPCB

二層MCPCB 

二層MCPCBは、単層プリント基板よりも複雑な構造を持つ金属コアプリント基板の一種です。2層の銅回路層があり、どちらも同じ側の金属ベースに積層されています。一般的に使用される材料はアルミニウムまたは銅です。金属コアは基板の底部に配置されており、優れた機械的支持と迅速な放熱の両方を実現します。

2 つの銅層が金属コアの両側に分散されている両面金属コア PCB とは異なり、2 層 MCPCB のすべての電子部品が同じ側に取り付けられているため、構造がよりコンパクトになります。

単層メタルコアPCBと比較して、二層MCPCBの製造はより複雑です。製造工程では、熱伝導層を金属基板にしっかりと接着するために、追加の積層工程が必要となります。この工程では、高いプロセス精度が求められ、各層の絶縁性と確実な電気伝導性の両方を確保する必要があります。

二層MCPCBの用途

• 電力インバータおよび整流器

• オーディオプリアンプおよびアンプ

• 電力制御ユニットおよびレギュレータ

• 産業オートメーション機器

• モータードライバーと通信モジュール

PCBasic は、専門的な MCPCB メーカーとして、高度な積層技術を採用し、各二層 MCPCB ボードの熱伝導層が金属基板と密接に結合し、剥離しにくいことを保証します。

両面MCPCB

二層メタルコアPCBと同様に、両面メタルコアPCBも二層の銅導体で構成されています。ただし、メタルコアはこれらの二層の間に配置されています。つまり、メタルコア層の上面と下面の両方に回路パターンがあり、それらはめっきビアを介して接続されています。

片面金属コア PCB とは異なり、両面 MCPCB では製造時に追加の積層ステップが必要となり、パターン化された熱伝導層を金属コア基板にしっかりと結合します。

通常のFR-4基板と比較して、両面メタルコアPCBは、より高い精度と製造経験が求められます。2層の銅箔をメタルコアに積層する際には、温度、圧力、絶縁性能を精密に制御する必要があります。これにより、良好な電気絶縁性と安定した熱性能を確保できます。

アプリケーション：

• 産業用制御ユニット

• 電力コンバータおよびレギュレータ

• HVACシステム

• 自動車のダッシュボード

• UPSおよび通信システム

多層MCPCB

多層MCPCB 

多層メタルコアPCBは、高性能メタルコアプリント回路基板の一種です。複数の銅回路層と熱伝導性誘電体材料を固体金属ベース上に積層して構成されています。

この構造により、高い熱伝導性を維持しながら、回路基板は内部信号配線、グランドプレーン、ブラインドビアまたは埋め込みビアの設計が可能になります。また、設計の柔軟性が向上し、同時に優れた熱管理性能も実現します。

従来のFR-4基板と比較して、多層MCPCBの製造要件はより高くなっています。積層工程では、各銅層が金属コアにしっかりと接合されるように、温度、圧力、絶縁性能を精密に制御する必要があります。

アプリケーション：

• サーバーとデータセンター

• 航空宇宙および衛星システム

• 医療用電子機器（心電図、心臓モニター）

• 高周波通信システム

• 科学機器