PCBs com núcleo metálico (MCPCBs) da PCBasic  

À medida que os produtos eletrônicos se tornam cada vez mais potentes, menores e de alto desempenho, a questão da dissipação de calor tornou-se um problema importante que precisa ser resolvido no projeto de PCBs. Materiais tradicionais para PCBs (como FR-4 e poliamida) apresentam baixa condutividade térmica e são difíceis de dissipar calor em tempo hábil em circuitos de alta potência, o que pode facilmente levar ao aquecimento excessivo dos componentes ou até mesmo à sua danificação.

Para solucionar esse problema, a PCBasic se concentrou no projeto e na fabricação de placas de circuito impresso com núcleo metálico (MCPCBs), também conhecidas como PCBs com núcleo metálico, PCBs com revestimento metálico ou PCBs térmicos. Esse tipo de placa de circuito incorpora uma camada de núcleo metálico em seu design, que pode conduzir o calor mais rapidamente, tornando a operação do circuito mais estável e confiável. É altamente adequada para uso em diversos produtos eletrônicos de alta potência e alto desempenho.

O que é MCPCB?

MCPCBs, também conhecidos como PCBs de substrato metálico isolado (IMS) ou PCBs com revestimento térmico, são um tipo de placa de circuito com núcleo metálico projetada especificamente para resolver o problema de aquecimento de produtos eletrônicos.

Ao contrário das PCBs FR-4 tradicionais, que usam resina ou fibra de vidro como material base, uma PCB com núcleo metálico incorpora uma camada de base metálica em sua estrutura, normalmente feita de ligas de alumínio, cobre ou aço. Essa camada metálica pode conduzir rapidamente o calor gerado pelos componentes para fora e transferi-lo para o dissipador de calor ou para a camada do núcleo metálico, tornando o circuito mais estável e menos sujeito a superaquecimento.

Dentre esses materiais metálicos, o alumínio é o mais utilizado devido à sua boa condutividade térmica, alta resistência mecânica e baixo custo. Atualmente, é a principal escolha para a fabricação de MCPCB.

Os MCPCBs consistem em uma camada condutora, uma camada de isolamento térmico e uma camada de substrato metálico.

Uma placa de circuito com núcleo metálico padrão é composta de:

.  Camada de máscara de solda

.  Camada de circuito

.  Camada de cobre (1oz–6oz de cobre, mais comum 1–2oz)

.  Camada de isolamento dielétrico

.  Camada de núcleo metálico (alumínio, cobre ou aço) — funcionando como um dissipador de calor

.  Revestimento ou acabamento protetor opcional

Vantagens do MCPCB

Comparadas com placas de circuito tradicionais, as PCBs com núcleo metálico têm as seguintes vantagens óbvias:

1. Dissipação de calor superior

Devido ao uso de materiais metálicos, a condutividade térmica das placas de circuito impresso com núcleo metálico (especialmente substratos de alumínio e cobre) é extremamente excelente. Elas podem dissipar rapidamente o calor gerado por LEDs de alta potência, módulos de potência, eletrônicos automotivos, etc., aumentando significativamente a eficiência de dissipação de calor e tornando o circuito mais estável.

2. Menor necessidade de dissipadores de calor externos

As placas MCPCB conduzem calor muito bem por si só, portanto, em muitos casos, não há necessidade de adicionar dissipadores de calor ou ventoinhas de resfriamento adicionais. Dessa forma, o equipamento é menor em tamanho, mais leve e tem um design mais simples.

3. Alta resistência mecânica

A camada de núcleo metálico (especialmente o material de alumínio) torna a placa de circuito mais rígida, capaz de suportar o estresse causado por flexão, vibração e expansão e contração térmica, além de ser mais durável tanto na produção quanto no uso.

4. Leve e ecológico

Comparadas às placas de cerâmica ou fibra de vidro, as placas de circuito impresso com núcleo metálico não são apenas mais leves e duráveis, mas também recicláveis ​​e reutilizáveis. O alumínio, em especial, por ser atóxico, ecologicamente correto e reciclável, é altamente adequado para a fabricação sustentável.

5. Estabilidade Dimensional

Dentro da faixa de temperatura de 30°C a 150°C, os PCBs com núcleo de metal mantêm dimensões e desempenho estáveis, garantindo a operação confiável do equipamento a longo prazo.

Tipos de MCPCB

Dependendo da configuração das camadas condutoras e metálicas, os MCPCBs podem ser categorizados em cinco tipos principais:

1. MCPCB de camada única

2. COB MCPCB (Chip na Placa)

3. Camadas Duplas MCPCB

4. MCPCB de dupla face

5. MCPCB multicamadas

MCPCB de camada única

MCPCB de camada única 

Uma PCB de núcleo metálico de camada única consiste em três partes: a camada de circuito de cobre, a camada de isolamento dielétrico e a base metálica (geralmente, o alumínio é usado). Essa estrutura é simples e prática, econômica e confiável em termos de desempenho, sendo muito adequada para produção em massa.

Aplicações:

• Iluminação LED e lâmpadas de alto brilho

• Relés automotivos e industriais

• Equipamentos de áudio e amplificadores

• Sensores e máquinas de embalagem

Os MCPCBs de camada única produzidos pela PCBasic são amplamente utilizados em iluminação LED. Com seu excelente desempenho de dissipação de calor, podem reduzir efetivamente a temperatura, garantindo o brilho e a longevidade das lâmpadas.

COB MCPCB

Um MCPCB COB (Chip-on-Board Metal Core PCB) é um tipo especial de placa de circuito impresso com núcleo metálico. Sua característica mais marcante é que os dies são instalados diretamente na placa com núcleo metálico, eliminando a necessidade da camada de barreira dielétrica na estrutura tradicional.

Este design permite que o chip entre em contato direto com o PCB com núcleo metálico, resultando em uma transferência de calor mais rápida e eficiente. A condutividade térmica pode exceder 200 W/m·K, o que é quase equivalente à do próprio material base metálico.

A estrutura básica do PCB com núcleo metálico COB inclui:

.  Colagem direta de chips em PCB com núcleo metálico

.  Ligação de fios para interconexão de sinais

.  Encapsulamento de resina epóxi para proteção de chips

O chip é firmemente incorporado à placa MCPCB por meio de ligação de fios e encapsulamento em epóxi. Este design pode melhorar a uniformidade da luz e, ao mesmo tempo, estender a vida útil dos LEDs de alta potência.

A maioria das placas MCPCB COB utiliza alumínio como material de núcleo devido à sua boa condutividade térmica, alta resistência e baixo custo, tornando-se a primeira escolha para a maioria dos fabricantes de PCBs com núcleo metálico. Alguns produtos de ponta também utilizam PCBs de alumínio com acabamento espelhado e revestimento prateado/dourado para aumentar a refletividade e o desempenho de dissipação de calor.

Aplicações:

• Iluminação pública e holofotes de LED

• Módulos de retroiluminação e exibição de LED

• Fontes de alimentação e conversores

• Faróis e sistemas de sinalização automotiva

• Luzes de cultivo agrícola e hortícola

• Sistemas de iluminação industrial e arquitetônica

MCPCB de camada dupla

MCPCB de camada dupla 

Uma MCPCB de camada dupla é um tipo de placa de circuito impresso com núcleo metálico e estrutura mais complexa do que uma de camada única. Ela possui duas camadas de circuito de cobre, ambas laminadas sobre a base metálica no mesmo lado. Os materiais comumente utilizados são alumínio ou cobre. O núcleo metálico está localizado na parte inferior da placa de circuito, o que pode fornecer um bom suporte mecânico e auxiliar na rápida dissipação de calor.

Ao contrário dos PCBs de núcleo metálico de dupla face, onde as duas camadas de cobre são distribuídas em ambos os lados do núcleo metálico, todos os componentes eletrônicos de um MCPCB de camada dupla são instalados no mesmo lado, tornando a estrutura mais compacta.

Em comparação com PCBs de núcleo metálico de camada única, a produção de MCPCBs de camada dupla é mais complexa. Durante a fabricação, uma etapa adicional de laminação é necessária para unir firmemente a camada condutora de calor ao substrato metálico. Essa etapa exige alta precisão do processo e deve garantir que as camadas sejam isoladas e possam conduzir eletricidade de forma confiável.

Aplicações de MCPCB de camada dupla

• Inversores e retificadores de potência

• Pré-amplificadores e amplificadores de áudio

• Unidades de controle de potência e reguladores

• Equipamentos de automação industrial

• Drivers de motor e módulos de comunicação

Como fabricante profissional de MCPCB, a PCBasic adota tecnologia de laminação avançada para garantir que, em cada placa MCPCB de camada dupla, a camada condutora térmica esteja intimamente combinada com o substrato de metal e não seja propensa à delaminação.

MCPCB de dupla face

Semelhante às PCBs com núcleo metálico de camada dupla, as PCBs com núcleo metálico de dupla face também possuem duas camadas de condutores de cobre. Mas seu núcleo metálico está localizado entre essas duas camadas. Em outras palavras, há trilhas de circuito nas superfícies superior e inferior da camada do núcleo metálico, conectadas por vias revestidas.

Ao contrário dos PCBs de núcleo metálico de um lado, os MCPCBs de dois lados exigem uma etapa de laminação adicional durante a produção, que une firmemente as camadas condutoras térmicas padronizadas ao substrato do núcleo metálico.

Em comparação com as placas de circuito impresso FR-4 comuns, as PCBs com núcleo metálico de dupla face apresentam requisitos mais elevados de precisão e experiência de fabricação. Ao laminar duas camadas de folha de cobre sobre o núcleo metálico, é necessário controlar com precisão a temperatura, a pressão e o desempenho do isolamento. Somente dessa forma é possível garantir um bom isolamento elétrico e um desempenho térmico estável.

Aplicações:

• Unidades de controle industrial

• Conversores e reguladores de potência

• Sistemas HVAC

• Painéis automotivos

• UPS e sistemas de comunicação

MCPCB multicamadas

MCPCB multicamadas 

Uma PCB com núcleo metálico multicamadas é um tipo de placa de circuito impresso com núcleo metálico de alto desempenho. É composta por múltiplas camadas de circuito de cobre e materiais dielétricos termicamente condutores empilhados sobre uma base metálica sólida.

Essa estrutura permite que a placa de circuito consiga roteamento de sinal interno, planos de aterramento e vias cegas ou enterradas, mantendo alta condutividade térmica. Além disso, oferece maior flexibilidade de projeto e melhor desempenho de gerenciamento térmico simultaneamente.

Em comparação com as placas de circuito FR-4 tradicionais, os requisitos de fabricação para MCPCBs multicamadas são maiores. No processo de laminação, é necessário controlar com precisão a temperatura, a pressão e o desempenho do isolamento para garantir que cada camada de cobre possa ser firmemente ligada ao núcleo metálico.

Aplicações:

• Servidores e data centers

• Sistemas aeroespaciais e de satélite

• Eletrônica médica (ECG, monitores cardíacos)

• Sistemas de comunicação de alta frequência

• Instrumentação científica