Metal Core PCB's (MCPCB's) van PCBasic  

Naarmate elektronische producten steeds krachtiger, kleiner en krachtiger worden, is warmteafvoer een belangrijk probleem geworden dat moet worden opgelost in PCB-ontwerp. Traditionele PCB-materialen (zoals FR-4 en polyimide) hebben een slechte thermische geleidbaarheid en zijn moeilijk af te voeren in circuits met een hoog vermogen. Dit kan gemakkelijk leiden tot oververhitting van componenten of zelfs schade.

Om dit probleem op te lossen, richtte PCBasic zich op het ontwerpen en produceren van printplaten met metalen kern (MCPCB's), ook wel bekend als metalen kern-PCB's, metaalbeklede PCB's of thermische PCB's. Dit type printplaat is voorzien van een metalen kernlaag, die warmte sneller afvoert, waardoor de werking van het circuit stabieler en betrouwbaarder wordt. Het is zeer geschikt voor gebruik in diverse elektronische producten met een hoog vermogen en hoge prestaties.

Wat is MCPCB?

MCPCB's, ook wel bekend als IMS-printplaten (Insulated Metal Substrate) of thermisch beklede printplaten, zijn een type printplaat met een metalen kern die speciaal is ontworpen om het verhittingsprobleem van elektronische producten op te lossen.

In tegenstelling tot traditionele FR-4 PCB's, die hars of glasvezel als basismateriaal gebruiken, bevat een PCB met metalen kern een metalen basislaag in de structuur, meestal gemaakt van aluminium, koper of staallegeringen. Deze metalen laag kan de door de componenten gegenereerde warmte snel afvoeren en overbrengen naar de koelplaat of metalen kernlaag, waardoor het circuit stabieler werkt en minder snel oververhit raakt.

Van deze metalen is aluminium het meest gebruikte materiaal vanwege de goede thermische geleidbaarheid, hoge mechanische sterkte en lage kosten. Het is momenteel de meest gebruikte keuze voor de productie van MCPCB's.

MCPCB's bestaan ​​uit een geleidende laag, een thermische isolatielaag en een metalen substraatlaag.

Een standaard printplaat met metalen kern bestaat uit:

•  Soldeer maskerlaag

•  Circuit laag

•  Koperlaag (1oz–6oz koper, meest voorkomend 1–2oz)

•  Diëlektrische isolatielaag

•  Metalen kernlaag (aluminium, koper of staal) – functioneert als koellichaam

•  Optionele beschermende coating of afwerking

Voordelen van MCPCB

Vergeleken met traditionele printplaten hebben metalen kern-PCB's de volgende duidelijke voordelen:

1. Superieure warmteafvoer

Dankzij het gebruik van metalen materialen is de thermische geleidbaarheid van PCB's met een metalen kern (met name aluminium en koperen substraten) extreem hoog. De warmte die wordt gegenereerd door krachtige LED's, vermogensmodules, auto-elektronica, enz. kan snel worden afgevoerd, waardoor de warmteafvoer aanzienlijk wordt verbeterd en het circuit stabieler wordt.

2. Minder behoefte aan externe koellichamen

De MCPCB-printplaten geleiden zelf zeer goed warmte, waardoor er in veel gevallen geen extra koellichamen of ventilatoren nodig zijn. Hierdoor is de apparatuur kleiner, lichter en eenvoudiger van ontwerp.

3. Hoge mechanische sterkte

De metalen kernlaag (vooral het materiaal aluminium) zorgt ervoor dat de printplaat stijver is, beter bestand is tegen de spanningen die ontstaan ​​door buigen, trillingen en thermische uitzetting en krimp, en duurzamer is in zowel productie als gebruik.

4. Lichtgewicht en milieuvriendelijk

Vergeleken met keramische of glasvezelplaten zijn printplaten met een metalen kern niet alleen lichter en duurzamer, maar ook recyclebaar en herbruikbaar. Vooral aluminium, dat niet giftig, milieuvriendelijk en recyclebaar is, is zeer geschikt voor duurzame productie.

5. Dimensionele stabiliteit

Binnen het temperatuurbereik van 30°C tot 150°C behouden metalen kern-PCB's stabiele afmetingen en prestaties, waardoor de betrouwbare werking van de apparatuur op de lange termijn wordt gegarandeerd.

Soorten MCPCB

Afhankelijk van de configuratie van de geleidende en metalen lagen kunnen MCPCB's worden onderverdeeld in vijf primaire typen:

1. Enkellaags MCPCB

2. COB MCPCB (Chip-on-Board)

3. Dubbele lagen MCPCB

4. Dubbelzijdige MCPCB

5. Meerlaagse MCPCB

Enkele laag MCPCB

Enkele laag MCPCB 

Een enkellaagse printplaat met metalen kern bestaat uit drie delen: de koperen circuitlaag, de diëlektrische isolatielaag en de metalen basis (meestal wordt aluminium gebruikt). Deze structuur is eenvoudig en praktisch, kosteneffectief en betrouwbaar in prestaties, en zeer geschikt voor massaproductie.

toepassingen:

• LED-verlichting en lampen met hoge helderheid

• Automobiel- en industriële relais

• Audioapparatuur en versterkers

• Sensoren en verpakkingsmachines

Enkellaagse MCPCB's van PCBasic worden veel gebruikt in ledverlichting. Dankzij hun uitstekende warmteafvoer kunnen ze de temperatuur effectief verlagen, waardoor de helderheid en levensduur van de lampen worden gegarandeerd.

COB MCPCB

Een COB MCPCB (Chip-on-Board Metal Core PCB) is een speciaal type printplaat met metalen kern. Het belangrijkste kenmerk is dat de kale chips direct op de printplaat met metalen kern worden geïnstalleerd, waardoor de diëlektrische barrièrelaag in de traditionele structuur niet nodig is.

Dit ontwerp maakt het mogelijk om de chip direct in contact te brengen met de metalen kern van de PCB, wat resulteert in een snellere en efficiëntere warmteoverdracht. De thermische geleidbaarheid kan meer dan 200 W/m·K bedragen, wat vrijwel gelijk is aan die van het metalen basismateriaal zelf.

De basisstructuur van de COB-metalen kern-PCB omvat:

•  Directe chipbinding op metalen kern-PCB

•  Draadverbinding voor signaalverbinding

•  Epoxyhars-inkapseling voor bescherming tegen chips

De chip is stevig verankerd op de MCPCB-printplaat door middel van draadverbinding en epoxy-encapsulatie. Dit ontwerp kan de lichtuniformiteit verbeteren en tegelijkertijd de levensduur van krachtige leds verlengen.

De meeste COB MCPCB-printplaten gebruiken aluminium als kernmateriaal vanwege de goede thermische geleidbaarheid, hoge sterkte en lage kosten. Dit is de eerste keuze voor de meeste fabrikanten van PCB's met een metalen kern. Sommige high-end producten maken ook gebruik van spiegelend afgewerkte aluminium PCB's met zilver/gouden plating om de reflectie en warmteafvoer te verbeteren.

toepassingen:

• LED-straatverlichting en schijnwerpers

• LED-achtergrondverlichting en displaymodules

• Voedingen en omvormers

• Koplampen en signaalsystemen voor auto's

• Groeilampen voor landbouw en tuinbouw

• Industriële en architecturale verlichtingssystemen

Dubbellaags MCPCB

Dubbellaags MCPCB 

Een dubbellaags MCPCB is een printplaat met een metalen kern en een complexere structuur dan een enkellaags printplaat. Deze bestaat uit twee koperen circuitlagen, die beide aan dezelfde kant op de metalen basis zijn gelamineerd. De meest gebruikte materialen zijn aluminium of koper. De metalen kern bevindt zich aan de onderkant van de printplaat, wat zowel een goede mechanische ondersteuning biedt als bijdraagt ​​aan een snelle warmteafvoer.

In tegenstelling tot dubbelzijdige printplaten met metalen kern, waarbij de twee koperlagen aan beide zijden van de metalen kern zijn verdeeld, zijn bij een dubbellaagse MCPCB alle elektronische componenten aan dezelfde zijde geïnstalleerd, waardoor de structuur compacter is.

Vergeleken met enkellaags metalen kern-PCB's is de productie van dubbellaags MCPCB's complexer. Tijdens de productie is een extra lamineringsstap nodig om de thermisch geleidende laag stevig aan het metalen substraat te hechten. Deze stap stelt hoge eisen aan de procesnauwkeurigheid en moet ervoor zorgen dat de lagen zowel geïsoleerd zijn als betrouwbaar elektriciteit kunnen geleiden.

Toepassingen van dubbellaags MCPCB

• Omvormers en gelijkrichters

• Audiovoorversterkers en versterkers

• Vermogensregeleenheden en regelaars

• Industriële automatiseringsapparatuur

• Motordrivers en communicatiemodules

Als professionele MCPCB-fabrikant maakt PCBasic gebruik van geavanceerde lamineringstechnologie om ervoor te zorgen dat de warmtegeleidende laag in elke dubbellaagse MCPCB-plaat nauw verbonden is met het metalen substraat en niet vatbaar is voor delaminatie.

Dubbelzijdige MCPCB

Net als dubbellaagse printplaten met metalen kern hebben dubbelzijdige printplaten met metalen kern ook twee lagen koperen geleiders. De metalen kern bevindt zich echter tussen deze twee lagen. Met andere woorden: er bevinden zich circuitsporen op zowel de boven- als onderkant van de metalen kernlaag, die met elkaar verbonden zijn via geplateerde via's.

In tegenstelling tot enkelzijdige PCB's met een metalen kern, is bij dubbelzijdige MCPCB's een extra lamineringsstap nodig tijdens de productie. Hiermee worden de gepatroneerde warmtegeleidende lagen stevig aan het metalen kernsubstraat gehecht.

Vergeleken met gewone FR-4 printplaten stellen dubbelzijdige printplaten met metalen kern hogere eisen aan precisie en productie-ervaring. Bij het lamineren van twee lagen koperfolie op de metalen kern is een nauwkeurige regeling van de temperatuur, druk en isolatie noodzakelijk. Alleen op deze manier kunnen een goede elektrische isolatie en stabiele thermische prestaties worden gegarandeerd.

toepassingen:

• Industriële controle-eenheden

• Vermogensomvormers en regelaars

• HVAC-systemen

• Automobieldashboards

• UPS- en communicatiesystemen

Meerlaagse MCPCB

Meerlaagse MCPCB 

Een meerlaagse printplaat met metalen kern is een soort hoogwaardige printplaat met metalen kern. Deze bestaat uit meerdere koperen circuitlagen en thermisch geleidende diëlektrische materialen, op elkaar gestapeld op een solide metalen basis.

Deze structuur maakt het mogelijk om interne signaalroutering, grondvlakken en blinde of begraven via's te realiseren met behoud van een hoge thermische geleidbaarheid. Het biedt ook een hogere ontwerpflexibiliteit en betere thermische beheerprestaties.

Vergeleken met traditionele FR-4 printplaten zijn de productie-eisen voor meerlaagse MCPCB's hoger. Tijdens het lamineringsproces is een nauwkeurige regeling van de temperatuur, druk en isolatieprestaties noodzakelijk om ervoor te zorgen dat elke koperlaag stevig aan de metalen kern kan worden gehecht.

toepassingen:

• Servers en datacenters

• Lucht- en ruimtevaart- en satellietsystemen

• Medische elektronica (ECG, hartmonitoren)

• Hoogfrequente communicatiesystemen

• Wetenschappelijke instrumentatie