Металлоядерные печатные платы: дизайн, материалы и применение при высоких температурах

6 декабря 2021 г.

Растущий спрос на производство печатных плат обусловлен развитием электроники, автоматизацией, ростом спроса на бытовую технику, электромеханические устройства и др. Разные сегменты приложений предъявляют разные требования к материалам, подложкам, количеству слоев. Для работы в высокотемпературных средах применяются металлоядерные печатные платы (Metal Core PCB, MCPCB). Они превосходят FR4 и другие полимерные основы по ряду параметров. Основа таких плат — проводящие металлы: алюминий или медь. В статье подробно рассматриваются устройство, преимущества и сфера применения металлоядерных плат.

Металлоядерные печатные платы подробно

Эти платы также называют термическими (thermal PCBs), термокладованными (thermal clad PCBs) или изолированными металлическими подложками (insulated metallic substrates) — и справедливо: они равномерно распределяют тепло в обе стороны от ядра и по всем слоям выше и ниже него, защищая плату и компоненты от перегрева. Структура MCPCB включает: медную фольгу, металлические пластины, термоизолирующие слои, паяную маску, цепной слой, диэлектрический слой и металлоядерный слой-рассеиватель тепла. В отличие от обычных плат, где излишки тепла отводят вентиляторами, в MCPCB теплоотвод осуществляется проводимым охлаждением: тепло равномерно переносится от горячих зон к более холодным.

Наиболее частый материал ядра — алюминий: хорошая теплоотдача, прочность, легкость. Медь также применяется, но она тяжелее, дороже и сложнее в обработке. Типичная структура металлоядерной платы — 3 слоя:

• Слой медной фольги;
• Тонкий диэлектрический слой с высокой теплопроводностью;
• Толстый слой алюминиевого или медного ядра.

Для металлоплаты стандартом является поверхностный монтаж (SMT), а не сквозной монтаж (through-hole), так как проводящее ядро создает риск короткого замыкания при металлизации отверстий, особенно в LED-приложениях.

Преимущества металлоядерных печатных плат

В высокотемпературных приложениях нагрев платы и компонентов (особенно на базе FR4) приводит к перегреву из-за ограниченной теплоотдачи. Металлоядерные платы уводят тепло к радиатору, предотвращая перегрев. Основные преимущества:

• Металлы — отличные тепло- и электро проводники, обеспечивают быстрый теплоперенос;
• Металлическое ядро выводит тепло от ключевых компонентов и проводников;
• Алюминий и медь — долговечны, безопасны, нетоксичны (в отличие от свинца);
• Устойчивость к вибрациям, защита компонентов от сдвига в высоковибрационных применениях;
• Повышенная структурная и размерная стабильность, механическая прочность;
• Вторичная переработка: металлы рециклируемы, алюминий легче большинства эпоксид и FR4.

Если ваше приложение требует установки печатной сборки в оборудование или интегрированную систему при высоких температурах — выбор металлоядерной платы обоснован. Это особенно актуально для OEM-производителей систем LED-светования, где MCPCB широко применяются. Однако важно выбрать надежного и опытного производителя ПП, способного понять требования и предложить кастомизацию. Creative Hi-Tech — известный производитель и поставщик услуг сборки ПП, специализирующийся на кастомных дизайнах и сборках, предлагающий металлоядерные платы для сложных задач.

Связанные статьи:

• Проектирование Rigid-Flex печатных плат: ключевые соображения
• Стандарты IPC для ПП: введение и значение в качественном производстве