Fém magos PCB (MCPCB)

A fémmag nyomtatott áramköri lapok (MCPCB), más néven IMS PCB-k, egyre népszerűbbé váltak a hatékony hőelvezetést igénylő teljesítményelektronikai alkalmazásokban.

A hagyományos FR4 PCB-kkel ellentétben az MCPCB-k magrétegeként egy szigetelt fémréteg, általában alumínium található, amely kiváló hővezető képességet biztosít. Ezáltal az MCPCB-k ideálisak a nagy teljesítményű alkalmazásokhoz, mint pl. LED világítás, tápegységek és tápátalakítók, ahol a hatékony hőkezelés kulcsfontosságú a hosszú távú megbízhatóság és teljesítmény szempontjából.

Ez a cikk az MCPCB-k felépítését, típusait, alkalmazásait és gyártását, valamint a kiemelkedő gyártót, az ELEPCB-t vizsgálja meg, amikor az Ön alkalmazásához szükséges MCPCB megoldás kiválasztásáról van szó.

ELE PCB: MCPCB/IMS PCB gyártója

A címen. ELE PCB Ltd., büszkék vagyunk arra, hogy kivételes ügyfélszolgálatot nyújtunk a teljes IMS PCB gyártási folyamat során. Elkötelezett szakértői csapatunk készséggel áll az Ön rendelkezésére tervezési konzultációkkal, műszaki kérdésekkel és minden egyéb, a projektje során felmerülő kérdéssel vagy problémával kapcsolatban. Arra törekszünk, hogy felülmúljuk az Ön elvárásait, és zökkenőmentes, problémamentes tapasztalatot biztosítsunk az elejétől a végéig.

Az ELE MCPCB/IMS PCB gyártási képességei

Maximális panel méret	1500mm*560mm
Réz vastagság	0,5oz, 1oz, 2oz, 3oz
Alátét Magvastagság	0,4 mm, 0,6 mm, 0,8 mm, 1,0 mm, 1,2 mm, 1,5 mm, 2,0 mm, 3,0 mm, 3,2 mm
Kész tábla vastagsága	0.4mm 5.0mm-ig
Rézfólia vastagsága	35um ~ 240um (1OZ ~ 7OZ)
Minimális vonalszélesség/köz	4mil/4mil (0.1mm/0.1mm)
Vastagság tűrés	+/- 10%
Min. Befejező lyukméret	0.2mm
A furat pozíciójának tűrése	(+/-)0,076mm
Max. üzemi feszültség	2,5k VDC (0,075 mm dielektrikum) 3,75k VDC (0,15 mm dielektrikum)
Alumínium megmunkálás	Fúrás, csavarozás, marás, marás, marás, szerszámlyukasztás, letörő fül rendelkezésre áll
Profil tűréshatár	Útvonalvázlat-tűrés: +/-0,13 mm;
Profil tűréshatár	Lyukasztási kontúrtűrés: +/-0.1mm
Felületkezelés	HASL, HASL ólommentes, merülő arany (ezüst ón), OSP
Forrasztási maszk színe	Fehér, LED fény speciális Fehér, Fekete, MATT Fekete, egyéb kapható
Legenda színe	Fekete, fehér, mások Elérhető
Teszt	Repülő szonda E-teszt; rögzítés E-teszt;
Rosh	IGEN
Tanúsítás	SGS; ISO9001; UL(E337137); ROHS; TS16949

Mi az az MCPCB?

Az MCPCB-k hővezető képessége 5-10-szer nagyobb, mint a hagyományos FR-4 epoxi üveg alapú NYÁK-oké, és vastagságuk is 5-10-szer kisebb, mint a hagyományos architektúráké. Ez lehetővé teszi, hogy a fém NYÁK-ok hatékonyabban vezessék el a hőt. A hőenergia nagyon hatékony átvitele miatt a fém nyomtatott áramköri lapok nagyon vékony rézrétegeket alkalmazhatnak, ami segít csökkenteni mind az árakat, mind a megoldás teljes vastagságát.

MCPCB építése

A fém nyomtatott áramköri lapok 3 rétegből állnak: egy dielektromos rétegből, amely nagy hővezető képességet (és ennek következtében nagy hőelvezetést) képes biztosítani, egy szigetelt fém szubsztrátrétegből és egy rézfilmből, amely nagy hőelvezető képességgel rendelkezik, és mechanikai szilárdsága miatt áramköri litográfiához használják.

Az alumínium és a réz a két leggyakrabban használt anyag a fémrétegek gyártása során; bizonyos körülmények között azonban rozsdamentes acél is felhasználható. A réz jobb teljesítményű és elektromos tulajdonságokkal rendelkezik, mint az alumínium, de az ára lényegesen magasabb, mint az alumíniumé. Lehetséges, hogy a fémréteg teljes egészében fémből áll, vagy fémből és üvegszálból (FR-4) egyaránt.

Ezt követően a fém nyomtatott áramköri lapok lehetnek egy- vagy kétoldalasak, de a többrétegű változatot nem használják olyan gyakran, mivel nehezebb gyártani.

Többrétegű MCPCB esetén a rétegeket egyenletesen kell elosztani a belső fémréteg körül. Például egy 12 rétegből álló NYÁK esetében a fémréteg a halmaz közepén helyezkedik el, 6 réteggel felette és 6 réteggel alatta.

3 MCPCB típusok

Az MCPCB típusokat egyrétegű és többrétegű PCB-kre bontják. A típusokat az alábbiakban tárgyaljuk.

Egyrétegű fémmag PCB-k

Egyetlen, vékony réteg hővezető, de elektromosan szigetelő dielektromos anyagot rétegeznek rézzel, hogy egyrétegű fémmagos NYÁK-okat hozzanak létre. Ez egy alumínium- vagy rézötvözetből készült fémalapból, egy dielektromos rétegből és egy réz vezető rétegből áll. A rézbevonat vastagsága 1 és 20 uncia között lehet. Az egyrétegű NYÁK nagy hővezető képessége miatt a létrehozott hő gyorsan és hatékonyan továbbítható. Az egyrétegű MCPCB alkalmas egyszerű, kis sűrűségű kialakításokhoz.

Kétoldalas fémmag PCB-k

A kétoldalas fémmag PCB-k használata széles körben elterjedt a csúcstechnológiai alkalmazásokban. Mind a gyártási áramkörök, mind az áramköri prototípusok ezeket a NYÁK-okat használják. Egy tipikus nyomtatott áramköri lapon egy fémréteg helyezkedik el egy nem vezető szubsztrát felett. A kétoldalas MPCB-ken azonban a szubsztrát alján egy további fémréteg található.

Többrétegű fémmag PCB-k

A többrétegű MCPCB-k hasonló felépítésűek, mint az FR4 többrétegűek, de gyártásuk sokkal nehezebb. Két vagy több vezető réteggel rendelkeznek, amelyeket egy hővezető dielektrikum választ el egymástól. A fémszubsztrát a szerkezet alján helyezkedik el, és az SMT-alkatrészek csak az egyik oldalra szerelhetők.

Fém mag PCB anyag

Az alumínium, a réz és az acélötvözetek mind lehetséges fém maganyagok a termikus NYÁK-ok számára. Az alumíniumot használják a leggyakrabban, mivel nagy hőelvezető tulajdonságokkal rendelkezik, és olcsóbb, mint a réz. A réz viszont állítólag jobban teljesít. Az ilyen áramköri lapok létrehozásához használt három anyag a következő:

Alumínium alap

Az alumínium PCB erős hőátadási és hőelvezetési képességekkel rendelkezik. Az alumínium magos NYÁK-okat gyakran használják a LED-es eszközökben, mivel könnyűek is. Az alumínium anyag gazdaságos.

Réz alap

A réz magos lap jobban teljesít, mint az alumínium lap. Bár a réz drágább, mint az alumínium, a vásárlók jellemzően az alumíniumot választják helyette. A réz súlya is nagyobb, mint az alumíniumé, és nehezebb marási eljárást igényel.

Acél ötvözet alap

A fent leírt két másik anyaggal összehasonlítva az acélötvözetek robusztusabbak, de kisebb a hővezető képességük. Mindegyik anyagnak megvannak a maga előnyei és hátrányai, és az anyag kiválasztása kizárólag az alkalmazáson alapul.

Előnyei MCPCB (Összehasonlítva a hagyományos FR4 PCB)

A fémmag PCB-k a hatékony hőelvezetés mellett kiváló kapacitív csatolást, megnövelt teljesítménysűrűséget és erős elektromágneses árnyékolást biztosítanak.

Íme az MCPCB 6 legfontosabb előnye.

Hőelvezetés

Az egyik nagyobb hővezető képességű PCB alternatíva az MCPCB. Elkerülik az áramkörök esetleges károsodását, és képesek a nagyobb teljesítményű, nagy sűrűségű áramkörök kezelésére azáltal, hogy a hőt a lehető legtávolabb tartják a teljesítménykomponensektől. Az ilyen típusú hordozó egyik legnépszerűbb anyaga az alumínium, mert amellett, hogy jó elektromos tulajdonságokkal rendelkezik, megfizethető és újrahasznosítható. Az FR-4 anyagból készült nyomtatott áramköri lapokhoz képest a fémmagos nyomtatott áramkörök 8-9-szer gyorsabban adják át a hőt. A hőforrástól a hordozó fémlemezig vezető legrövidebb út kialakításához a dielektromos rétegnek rendkívül vékonynak kell lennie. Vastagsága általában 0,003 és 0,006 hüvelyk között van. Egy integrált 1 W-os LED-del ellátott MCPCB-n végzett teszt például azt mutatta, hogy annak hőmérséklete nagyon közel maradt a 25 °C-os környezeti hőmérséklethez, bár ugyanez a teljesítményű LED egy FR-4 lapra szerelve 12 °C-kal magasabb hőmérsékletet ért el, mint a környezeti hőmérséklet.

Jobb erő és stabilitás

A hőelvezetéssel kapcsolatos aggodalmakra a LED-technológia közelmúltbeli és gyors fejlődése hívta fel a figyelmet, különösen a nagy teljesítményű LED-lámpák esetében. Az áramkör stabilitási és megbízhatósági problémákat okozhat ezeknek a LED-eknek a következtében, mivel jellemzően közvetlenül a NYÁK-on helyezkednek el. A hőelvezetés ronthatja a nagy teljesítményt használó elektronika működését, ha nem a megfelelő technikát alkalmazzák. Ezt a problémát ezekben az alkalmazásokban sikeresen megoldja a fém NYÁK használata. Az alumínium szilárdságot és ellenállást kölcsönöz a nyomtatott áramköri lapnak anélkül, hogy növelné a súlyt, és nagyfokú élettartamot is biztosít.

Méretbeli stabilitás

A külső körülmények változásával a fémből készült nyomtatott áramköri lap mérete stabilabb marad, mint a hagyományosabb anyagból, például FR-4-ből készülté. A fémrétegeket (például alumíniumot) tartalmazó nyomtatott áramköri lapok mérete 30°C és 150°C közötti melegítés esetén viszonylag kis mértékben változott, 2,5% és 3,0% között.

Alacsonyabb súly és nagyobb újrahasznosíthatóság

A fémszubsztrátumokból készült nyomtatott áramköri lapok vezetőképesebbek, tartósabbak és könnyebbek, mint az epoxi anyagokból készült hagyományos nyomtatott áramköri lapok. Környezetvédelmi szempontból is előnyösebbek, mivel az általuk használt fémek, mint például az alumínium, nem mérgezőek és egyszerűen újrahasznosíthatók.

Hosszabb élettartam

Összehasonlítva az olyan anyagokkal, mint kerámia és üvegszálas anyagokkal szemben, amelyeket gyakran használnak a nyomtatott áramköri lapok gyártásához, az alumínium kiváló szilárdságot és hosszú élettartamot kínál. Ez egy nagyon erős fém, amely csökkentheti a nem szándékos törés veszélyét, amely a különböző gyártási fázisokban, az összeszerelés során vagy a késztermék tipikus használata során előfordulhat.

Költséghatékonyság

Bár az MCPCB/IMS NYÁK magasabb kezdeti költségekkel járhat a hagyományos NYÁK-hoz képest, hosszú távú előnyei gyakran felülmúlják a kezdeti beruházást.6

Az MCPCB alkalmazásai

A LED-megvilágítás, az elektromos és hibrid járművek motorvezérlése, a tápegységek, átalakítók, feszültségszabályozók csak néhány az MCPCB-k elsődleges felhasználási területei közül. Tágabb értelemben ez a technológia olyan alkalmazásokban alkalmazható, amelyek jelentős mennyiségű energiát igényelnek, és ennek következtében jelentős mennyiségű hőt termelnek. Ha a nyomtatott áramköri lapnak gyors hűtésre van szüksége, a tipikus FR-4 hordozót fém NYÁK-ra kell cserélni helyette.

A fémmag PCB-ket (MCPCB-ket) gyakran használják számos nagy teljesítményű elektronikai alkalmazásban, többek között:

Nagy teljesítményű LED világítás: Az MCPCB-ket a nagy teljesítményű LED-es világítási rendszerek hatékonyságának és élettartamának javítására használják. A fémmagos technológiák jobb hővezető képességet biztosítanak, lehetővé téve a hő hatékony elvezetését a LED-chipekből, csökkentve a hőterhelést és növelve a világítási rendszer megbízhatóságát.
Tápegységek: A nagy teljesítményű tápegységek jelentős hőt termelnek, ami hatással lehet a teljesítményükre és a hosszú élettartamukra. Az MCPCB-k megoldást nyújtanak erre azáltal, hogy hatékonyan elvezetik a hőt a tápegység alkatrészeiről, javítva azok megbízhatóságát és teljesítményét.
Teljesítmény átalakítók: A feszültségátalakítók, például az egyenáramú egyenáramú átalakítók, a feszültségátalakítás során hőt termelnek. Az MCPCB-k megoldást nyújtanak erre azáltal, hogy hatékonyan elvezetik a hőt az átalakító alkatrészeiről, javítva azok megbízhatóságát és teljesítményét.
Autóelektronika: Az elektromos járművek hajtásláncai és más autóelektronikai berendezések jelentős hőt termelnek, ami hatással lehet teljesítményükre és élettartamukra. Az MCPCB-k megoldást nyújtanak erre azáltal, hogy hatékonyan elvezetik a hőt az alkatrészekről, javítva azok megbízhatóságát és teljesítményét.
Távközlési berendezések: Nagy teljesítményű rádiófrekvencia (RF) elektronika jelentős hőt termel, ami hatással lehet a teljesítményükre és élettartamukra. Az MCPCB-k megoldást nyújtanak erre azáltal, hogy hatékonyan elvezetik a hőt az alkatrészektől, javítva azok megbízhatóságát és teljesítményét.
Ipari elektronika: A nagy teljesítményű ipari elektronika, például a motorhajtások és vezérlőrendszerek jelentős hőt termelnek, ami hatással lehet a teljesítményükre és élettartamukra. Az MCPCB-k megoldást nyújtanak erre azáltal, hogy hatékonyan elvezetik a hőt az alkatrészekről, javítva azok megbízhatóságát és teljesítményét.

Más alkalmazások, például a mozgásvezérlés és a napelemes alkalmazások kiválóan alkalmasak az MCPCB-k beépítésére. Az MCPCB elsődleges felhasználási területe a magas hőmérsékletű elektromos termékek vagy hőelvezetést igénylő alkalmazások, például LED-ek, nagy teljesítményű elektromos lámpák stb., továbbá tápegységek, audioberendezések, autók és egyéb alkalmazások.