Печатные платы с металлическим сердечником (MCPCB) от PCBasic  

По мере того, как электронные устройства становятся всё более мощными, компактными и высокопроизводительными, проблема рассеивания тепла становится важной, требующей решения при проектировании печатных плат. Традиционные материалы для печатных плат (такие как FR-4 и полиимид) обладают низкой теплопроводностью и не обеспечивают своевременного отвода тепла в мощных цепях, что может легко привести к чрезмерному нагреву компонентов и даже к их повреждению.

Чтобы решить эту проблему, компания PCBasic сосредоточилась на разработке и производстве печатных плат с металлическим сердечником (MCPCB), также известных как печатные платы с металлическим сердечником, печатные платы с металлической оболочкой или термопечатающие платы. В конструкции таких плат используется слой металлического сердечника, который обеспечивает более быстрый отвод тепла, повышая стабильность и надежность работы схемы. Они отлично подходят для использования в различных мощных и высокопроизводительных электронных устройствах.

Что такое МЦКП?

MCPCB, также известные как печатные платы с изолированной металлической подложкой (IMS) или печатные платы с термоплакирующим покрытием, представляют собой тип печатной платы с металлическим сердечником, специально разработанный для решения проблемы нагрева электронных изделий.

В отличие от традиционных печатных плат FR-4, в которых в качестве основы используется смола или стекловолокно, печатная плата с металлическим сердечником имеет в своей структуре металлический слой, обычно изготавливаемый из алюминиевых, медных или стальных сплавов. Этот слой способен быстро отводить тепло, генерируемое компонентами, к радиатору или металлическому слою сердечника, что обеспечивает более стабильную работу схемы и снижает её подверженность перегреву.

Среди этих металлических материалов наиболее распространен алюминий благодаря его хорошей теплопроводности, высокой механической прочности и низкой стоимости. В настоящее время он является основным материалом для производства многослойных печатных плат (MCPCB).

MCPCB состоят из проводящего слоя, теплоизоляционного слоя и слоя металлической подложки.

Стандартная печатная плата с металлическим сердечником состоит из:

•  Слой паяльной маски

•  Слой схемы

•  Медный слой (1–6 унций меди, чаще всего 1–2 унции)

•  Диэлектрический изоляционный слой

•  Металлический слой сердечника (алюминий, медь или сталь) — выполняет функцию радиатора

•  Дополнительное защитное покрытие или отделка

Преимущества MCPCB

По сравнению с традиционными печатными платами печатные платы с металлическим сердечником имеют следующие очевидные преимущества:

1. Превосходное рассеивание тепла

Благодаря использованию металлических материалов, печатные платы с металлическим сердечником (особенно алюминиевые и медные подложки) обладают исключительно высокой теплопроводностью. Они способны быстро рассеивать тепло, выделяемое мощными светодиодами, силовыми модулями, автомобильной электроникой и т. д., значительно повышая эффективность теплоотвода и повышая стабильность схемы.

2. Уменьшение необходимости во внешних радиаторах

Платы MCPCB сами по себе очень хорошо отводят тепло, поэтому во многих случаях нет необходимости в установке дополнительных радиаторов или вентиляторов. Благодаря этому устройство компактнее, легче и имеет более простую конструкцию.

3. Высокая механическая прочность

Металлический сердечник (особенно алюминиевый материал) делает печатную плату более жесткой, способной выдерживать нагрузки, вызванные изгибом, вибрацией и тепловым расширением и сжатием, а также более долговечной как в производстве, так и в эксплуатации.

4. Легкий и экологичный

По сравнению с керамическими или стекловолоконными платами, печатные платы с металлическим сердечником не только легче и прочнее, но и пригодны для вторичной переработки и повторного использования. Алюминий, в частности, нетоксичный, экологически чистый и пригодный для вторичной переработки, отлично подходит для экологически устойчивого производства.

5. Размерная стабильность

В диапазоне температур от 30°C до 150°C печатные платы с металлическим сердечником сохраняют стабильные размеры и производительность, обеспечивая длительную надежную работу оборудования.

Типы MCPCB

В зависимости от конфигурации проводящих и металлических слоев MCPCB можно разделить на пять основных типов:

1. Однослойная MCPCB

2. COB MCPCB (кристалл на плате)

3. Двухслойная MCPCB

4. Двусторонняя MCPCB

5. Многослойная MCPCB

Однослойная MCPCB

Однослойная MCPCB 

Однослойная печатная плата с металлическим сердечником состоит из трёх частей: медного печатного слоя, диэлектрического изоляционного слоя и металлического основания (обычно используется алюминий). Такая конструкция проста и практична, экономична и надёжна в работе, а также отлично подходит для массового производства.

Области применения:

• Светодиодное освещение и лампы повышенной яркости

• Автомобильные и промышленные реле

• Аудиооборудование и усилители

• Датчики и упаковочное оборудование

Однослойные печатные платы (MCPCB) производства PCBasic широко используются в светодиодном освещении. Благодаря превосходному рассеиванию тепла, они эффективно снижают температуру, обеспечивая яркость и долговечность ламп.

COB MCPCB

Плата COB MCPCB (Chip-on-Board Metal Core PCB) — это особый тип печатной платы с металлическим сердечником. Её главная особенность заключается в том, что кристаллы устанавливаются непосредственно на металлический сердечник, что исключает необходимость в диэлектрическом барьерном слое, характерном для традиционной конструкции.

Такая конструкция обеспечивает непосредственный контакт кристалла с металлическим основанием печатной платы, что обеспечивает более быструю и эффективную теплопередачу. Теплопроводность может превышать 200 Вт/м·К, что практически эквивалентно теплопроводности самого металлического основания.

Базовая структура печатной платы с металлическим сердечником COB включает в себя:

•  Прямое присоединение чипа к металлическому сердечнику печатной платы

•  Соединение проводов для соединения сигналов

•  Инкапсуляция эпоксидной смолой для защиты чипов

Чип прочно закреплен на плате MCPCB с помощью монтажа проводов и эпоксидной заливки. Такая конструкция позволяет улучшить равномерность свечения и одновременно продлить срок службы мощных светодиодов.

В большинстве плат COB MCPCB в качестве основного материала используется алюминий благодаря его хорошей теплопроводности, высокой прочности и низкой стоимости, что делает его предпочтительным выбором для большинства производителей печатных плат с металлическим сердечником. В некоторых высокотехнологичных продуктах также используются зеркальные алюминиевые печатные платы с серебряным/золотым покрытием для улучшения отражательной способности и теплоотвода.

Области применения:

• Светодиодные уличные фонари и прожекторы

• Светодиодная подсветка и модули индикации

• Источники питания и преобразователи

• Автомобильные фары и сигнальные системы

• Сельскохозяйственные и садовые светильники для выращивания растений

• Системы промышленного и архитектурного освещения

Двухслойная MCPCB

Двухслойная MCPCB 

Двухслойная печатная плата (MCPCB) — это тип печатной платы с металлическим сердечником, имеющая более сложную структуру, чем однослойная. Она состоит из двух медных слоёв, каждый из которых нанесён на металлическое основание с одной стороны. Обычно используются алюминий или медь. Металлический сердечник расположен в нижней части платы, что обеспечивает как хорошую механическую поддержку, так и быстрый отвод тепла.

В отличие от двухсторонних печатных плат с металлическим сердечником, где два медных слоя распределены по обеим сторонам металлического сердечника, все электронные компоненты двухслойной MCPCB установлены на одной стороне, что делает структуру более компактной.

По сравнению с однослойными печатными платами с металлическим сердечником, производство двухслойных печатных плат с металлическим сердечником более сложно. В процессе производства требуется дополнительный этап ламинирования для прочного соединения теплопроводящего слоя с металлической подложкой. Этот этап предъявляет высокие требования к точности процесса и должен гарантировать, что слои будут как изолированными, так и надёжно проводящими ток.

Применение двухслойных MCPCB

• Силовые инверторы и выпрямители

• Аудиопредусилители и усилители

• Блоки управления и регуляторы мощности

• Оборудование промышленной автоматизации

• Драйверы двигателей и коммуникационные модули

Являясь профессиональным производителем MCPCB, компания PCBasic применяет передовую технологию ламинирования, чтобы гарантировать, что в каждой двухслойной плате MCPCB теплопроводящий слой тесно связан с металлической подложкой и не подвержен расслоению.

Двусторонняя MCPCB

Подобно двухслойным печатным платам с металлическим сердечником, двухсторонние печатные платы с металлическим сердечником также имеют два слоя медных проводников. Однако металлический сердечник расположен между этими двумя слоями. Другими словами, как на верхней, так и на нижней поверхности металлического сердечника имеются печатные проводники, соединенные металлизированными переходными отверстиями.

В отличие от односторонних печатных плат с металлическим сердечником, двухсторонние печатные платы с металлическим сердечником требуют дополнительного этапа ламинирования в процессе производства, который прочно соединяет узорчатые теплопроводящие слои с подложкой с металлическим сердечником.

По сравнению с обычными печатными платами из FR-4, двухсторонние печатные платы с металлическим сердечником предъявляют более высокие требования к точности и опыту производства. При ламинировании двух слоёв медной фольги на металлический сердечник необходимо точно контролировать температуру, давление и изоляционные свойства. Только так можно обеспечить хорошую электроизоляцию и стабильные тепловые характеристики.

Области применения:

• Промышленные блоки управления

• Преобразователи и регуляторы мощности

• Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха

• Автомобильные приборные панели

• Системы бесперебойного питания и связи

Многослойная MCPCB

Многослойная MCPCB 

Многослойная печатная плата с металлическим сердечником — это разновидность высокопроизводительной печатной платы с металлическим сердечником. Она состоит из нескольких медных слоёв печатной платы и теплопроводящих диэлектрических материалов, уложенных друг на друга на прочном металлическом основании.

Такая структура позволяет реализовать на печатной плате внутреннюю маршрутизацию сигналов, заземляющие слои и глухие или скрытые переходные отверстия, сохраняя при этом высокую теплопроводность. Кроме того, она обеспечивает большую гибкость проектирования и улучшенные характеристики теплоотвода.

По сравнению с традиционными печатными платами из FR-4, требования к производству многослойных печатных плат из карбида кремния выше. В процессе ламинирования необходимо точно контролировать температуру, давление и изоляционные свойства, чтобы обеспечить прочное соединение каждого медного слоя с металлическим сердечником.

Области применения:

• Серверы и центры обработки данных

• Аэрокосмические и спутниковые системы

• Медицинская электроника (ЭКГ, кардиомониторы)

• Высокочастотные системы связи

• Научное приборостроение