PCBasic의 금속 코어 PCB(MCPCB)  

전자 제품이 점점 더 강력해지고, 더 작아지고, 더 높은 성능을 발휘함에 따라 방열 문제는 PCB 설계에서 반드시 해결해야 할 중요한 문제로 대두되었습니다. 기존 PCB 소재(FR-4 및 폴리이미드 등)는 열전도율이 낮고 고전력 회로에서 열을 적시에 방출하기 어려워 부품 과열이나 손상으로 이어질 수 있습니다.

이 문제를 해결하기 위해 PCBasic은 금속 코어 인쇄 회로 기판(MCPCB)의 설계 및 제조에 집중했습니다. 금속 코어 PCB, 금속 클래드 PCB 또는 열 PCB라고도 합니다. 이 유형의 회로 기판은 설계에 금속 코어 층을 통합하여 열을 더 빠르게 전달하고 회로 작동을 더욱 안정적이고 신뢰할 수 있도록 합니다. 다양한 고전력 및 고성능 전자 제품에 사용하기에 매우 적합합니다.

MCPCB란?

MCPCB는 절연 금속 기판(IMS) PCB 또는 열 클래드 PCB라고도 하며, 전자 제품의 발열 문제를 해결하기 위해 특별히 설계된 금속 코어 회로 기판입니다.

수지나 유리섬유를 기본 재료로 사용하는 기존 FR-4 PCB와 달리, 금속 코어 PCB는 일반적으로 알루미늄, 구리 또는 강철 합금으로 만들어진 금속 베이스 층을 구조에 통합합니다. 이 금속 층은 부품에서 발생하는 열을 빠르게 외부로 전달하여 방열판이나 금속 코어 층으로 전달하여 회로의 안정성을 높이고 과열 발생 가능성을 낮춥니다.

이러한 금속 재료 중 알루미늄은 우수한 열전도도, 높은 기계적 강도, 그리고 저렴한 가격으로 인해 가장 널리 사용됩니다. 현재 MCPCB 제조에 ​​주로 사용되는 재료입니다.

MCPCB는 전도층, 열 절연층, 금속 기판층으로 구성됩니다.

표준 금속 코어 회로 기판은 다음으로 구성됩니다.

•  솔더 마스크 층

•  회로 층

•  구리층(1oz~6oz 구리, 가장 흔한 1~2oz)

•  유전체 절연층

•  금속 코어 층(알루미늄, 구리 또는 강철) - 방열판 역할

•  선택적인 보호 코팅 또는 마감

MCPCB의 장점

기존 회로기판과 비교했을 때, 금속 코어 PCB는 다음과 같은 확실한 장점이 있습니다.

1. 우수한 열 분산

금속 소재를 사용했기 때문에 금속 코어 PCB(특히 알루미늄 및 구리 기판)의 열전도도가 매우 우수합니다. 고출력 LED, 파워 모듈, 자동차 전장 부품 등에서 발생하는 열을 빠르게 방출하여 방열 효율을 크게 높이고 회로 안정성을 향상시킵니다.

2. 외부 방열판 필요성 감소

MCPCB 보드는 자체적으로 열을 매우 잘 전달하므로 많은 경우 추가 방열판이나 냉각 팬을 설치할 필요가 없습니다. 따라서 장비의 크기와 무게가 줄어들고 설계가 간소화됩니다.

3. 높은 기계적 강도

금속 코어 층(특히 알루미늄 소재)은 회로 기판을 더욱 단단하게 만들어 굽힘, 진동, 열 팽창 및 수축으로 인한 응력을 견딜 수 있게 하며, 생산과 사용 모두에서 내구성이 더 뛰어납니다.

4. 가볍고 친환경적

세라믹이나 유리 섬유 기판에 비해 금속 코어 인쇄 회로 기판은 더 가볍고 내구성이 뛰어날 뿐만 아니라 재활용 및 재사용이 가능합니다. 특히 무독성, 친환경성, 재활용성을 갖춘 알루미늄은 지속 가능한 제조에 매우 적합합니다.

5. 치수 안정성

30°C~150°C의 온도 범위 내에서 금속 코어 PCB는 안정적인 치수와 성능을 유지하여 장비의 장기적이고 안정적인 작동을 보장합니다.

MCPCB의 종류

전도성 및 금속 층의 구성에 따라 MCPCB는 다음과 같은 5가지 주요 유형으로 분류할 수 있습니다.

1. 단일 레이어 MCPCB

2. COB MCPCB(칩온보드)

3. 이중층 MCPCB

4. 양면 MCPCB

5. 다층 MCPCB

단일 레이어 MCPCB

단일 레이어 MCPCB 

단층 금속 코어 PCB는 구리 회로층, 유전체 절연층, 그리고 금속 기판(일반적으로 알루미늄 사용)의 세 부분으로 구성됩니다. 이 구조는 간단하고 실용적이며, 비용 효율적이며 성능이 신뢰할 수 있고 대량 생산에 매우 적합합니다.

어플리케이션 :

• LED 조명 및 고휘도 램프

• 자동차 및 산업용 릴레이

• 오디오 장비 및 앰프

• 센서 및 포장 기계

PCBasic에서 생산하는 단층 MCPCB는 LED 조명에 널리 사용됩니다. 뛰어난 방열 성능으로 온도를 효과적으로 낮춰 램프의 밝기와 수명을 보장합니다.

COB MCPCB

COB MCPCB(Chip-on-Board Metal Core PCB)는 특수한 유형의 금속 코어 인쇄 회로 기판입니다. 가장 큰 특징은 베어 다이(bare die)가 금속 코어 기판에 직접 실장되어 기존 구조에서 유전체 장벽층이 필요 없다는 것입니다.

이 설계는 칩이 금속 코어 PCB에 직접 접촉하여 열 전달을 더욱 빠르고 효율적으로 만들어줍니다. 열전도율은 200W/m·K를 초과할 수 있으며, 이는 금속 기반 소재 자체의 열전도율과 거의 동일합니다.

COB 금속 코어 PCB의 기본 구조는 다음과 같습니다.

•  금속 코어 PCB에 직접 칩 본딩

•  신호 상호 연결을 위한 와이어 본딩

•  칩 보호를 위한 에폭시 수지 캡슐화

이 칩은 와이어 본딩과 에폭시 캡슐화를 통해 MCPCB 보드에 단단히 내장됩니다. 이러한 설계는 광 균일도를 향상시키고 동시에 고출력 LED의 수명을 연장할 수 있습니다.

대부분의 COB MCPCB 기판은 우수한 열전도율, 고강도, 저렴한 가격 덕분에 알루미늄을 코어 소재로 사용하며, 대부분의 금속 코어 PCB 제조업체에서 가장 선호하는 소재입니다. 일부 고급 제품은 반사율과 방열 성능을 향상시키기 위해 은/금 도금 처리된 경면 마감 알루미늄 PCB를 사용하기도 합니다.

어플리케이션 :

• LED 가로등 및 투광등

• LED 백라이트 및 디스플레이 모듈

• 전원 공급 장치 및 변환기

• 자동차 헤드라이트 및 신호 시스템

• 농업 및 원예용 성장 조명

• 산업 및 건축 조명 시스템

이중층 MCPCB

이중층 MCPCB 

이중층 MCPCB는 단일층 MCPCB보다 구조가 복잡한 금속 코어 인쇄 회로 기판입니다. 두 개의 구리 회로 층이 금속 기판의 같은 면에 적층되어 있습니다. 일반적으로 사용되는 재질은 알루미늄이나 구리입니다. 금속 코어는 회로 기판 하단에 위치하여 우수한 기계적 지지력과 빠른 방열 기능을 제공합니다.

두 개의 구리 층이 금속 코어의 양쪽에 분포된 양면 금속 코어 PCB와 달리, 이중 레이어 MCPCB의 모든 전자 부품은 같은 면에 장착되어 구조가 더 컴팩트합니다.

단층 금속 코어 PCB에 비해 이중층 MCPCB 생산은 더욱 복잡합니다. 제조 과정에서 열전도층을 금속 기판에 단단히 접합하기 위한 추가적인 라미네이션 단계가 필요합니다. 이 단계는 높은 공정 정확도를 요구하며, 각 층이 절연되고 안정적으로 전기를 전달할 수 있도록 해야 합니다.

이중층 MCPCB의 응용 분야

• 전력 인버터 및 정류기

• 오디오 프리앰프 및 앰프

• 전력 제어 장치 및 레귤레이터

• 산업 자동화 장비

• 모터 드라이버 및 통신 모듈

전문적인 MCPCB 제조업체인 PCBasic은 고급 적층 기술을 채택하여 각 이중층 MCPCB 보드에서 열전도층이 금속 기판과 밀접하게 결합되어 박리가 발생하지 않도록 보장합니다.

양면 MCPCB

이중층 금속 코어 PCB와 마찬가지로 양면 금속 코어 PCB도 두 겹의 구리 도체로 구성됩니다. 하지만 금속 코어는 두 층 사이에 위치합니다. 즉, 금속 코어 층의 상단과 하단 모두에 회로 패턴이 있으며, 도금된 비아를 통해 연결됩니다.

단면 금속 코어 PCB와 달리 양면 MCPCB는 생산 중에 추가적인 적층 단계가 필요하며, 이를 통해 패턴화된 열전도층을 금속 코어 기판에 단단히 결합합니다.

일반 FR-4 회로 기판에 비해 양면 금속 코어 PCB는 정밀성과 제조 경험에 대한 요구 사항이 더 높습니다. 금속 코어에 두 겹의 구리 호일을 적층할 때는 온도, 압력 및 절연 성능을 정밀하게 제어해야 합니다. 이를 통해서만 우수한 전기 절연성과 안정적인 열 성능을 보장할 수 있습니다.

어플리케이션 :

• 산업용 제어 장치

• 전력 변환기 및 레귤레이터

• HVAC 시스템

• 자동차 대시보드

• UPS 및 통신 시스템

다층 MCPCB

다층 MCPCB 

다층 금속 코어 PCB는 고성능 금속 코어 인쇄 회로 기판의 일종입니다. 견고한 금속 기판 위에 여러 겹의 구리 회로층과 열전도성 유전체가 적층되어 구성됩니다.

이 구조는 높은 열전도도를 유지하면서도 회로 기판의 내부 신호 라우팅, 접지면, 블라인드 또는 매립형 비아 설계를 가능하게 합니다. 또한, 더 높은 설계 유연성과 더 나은 열 관리 성능을 동시에 제공합니다.

기존 FR-4 회로 기판에 비해 다층 MCPCB의 제조 요건은 더욱 높습니다. 적층 공정에서는 각 구리층이 금속 코어에 단단히 접합되도록 온도, 압력 및 절연 성능을 정밀하게 제어해야 합니다.

어플리케이션 :

• 서버 및 데이터 센터

• 항공우주 및 위성 시스템

• 의료 전자 장치(ECG, 심장 모니터)

• 고주파 통신 시스템

• 과학 장비