Placas de circuito impreso con núcleo metálico: Placas con núcleo de aluminio y cobre

¿Qué es una placa de circuito impreso con núcleo metálico?

Las placas de circuito impreso con núcleo metálico, conocidas como «mcpcb de cobre», están compuestas por una capa aislante, un núcleo metálico y una lámina de cobre, que se combinan para formar un material metálico que actúa como sustrato disipador de calor; el LED de la placa de circuito impreso con núcleo metálico puede situarse en el centro o en la parte superior e inferior de la placa. Las placas de circuito impreso con núcleo metálico de cobre presentan una excelente disipación del calor, una alta conductividad térmica y un mejor rendimiento en el procesamiento.

Si tu producto debe funcionar en entornos con altas temperaturas durante períodos prolongados, las placas de circuito impreso con núcleo metálico son una mejor opción que las FR-4 normales. La placa de circuito impreso con núcleo metálico está diseñada para transferir el calor de los componentes críticos de la placa a zonas menos críticas.   El núcleo de aluminio y el de cobre son materiales habituales para los sustratos metálicos, y la placa con núcleo de aluminio es la más común, ampliamente utilizada en el sector de la iluminación LED. En comparación con las placas de circuito impreso con núcleo de aluminio, las de núcleo de cobre presentan mejores características eléctricas y un mayor rendimiento, aunque su coste es más elevado.

Las placas de circuito impreso con núcleo metálico que requieren mucha potencia suelen generar mucho calor. Además, el metal puede transferir el calor rápidamente, disipándolo de los componentes de alta potencia. Por ello, las placas de circuito impreso con núcleo metálico se utilizan ampliamente en los siguientes sectores: fuentes de alimentación, convertidores de potencia, sistemas de iluminación LED, sistemas de automoción, aplicaciones LED y sistemas fotovoltaicos.

1. Buena disipación del calor

Una placa de circuito impreso con núcleo metálico es una PCB con alta conductividad térmica, mientras que las PCB de FR-4 presentan un aislamiento entre capas deficiente. Las PCB con núcleo metálico transfieren el calor entre ocho y nueve veces más rápido que las PCB fabricadas con FR-4, lo que permite evitar posibles daños en el circuito o en los componentes.

2. Mayor estabilidad dimensional

Ante los cambios en las condiciones ambientales, las placas de circuito impreso con núcleo metálico muestran una buena estabilidad dimensional. Por ejemplo, cuando una placa de circuito impreso con sustrato de aluminio se calienta de 30 °C a 150 °C, el tamaño de la placa en la capa metálica varía entre un 2,5 % y un 3 %, lo cual es muy poco.

3. Mayor durabilidad

Las placas de circuito impreso con núcleo de aluminio o metal ofrecen una mayor resistencia y durabilidad que el FR-4, un material habitual en la fabricación de placas de circuito impreso. Reducen considerablemente el riesgo de rotura accidental durante la fabricación, el montaje o el uso del producto final.

4. Más ligero

Las placas de circuito impreso con núcleo metálico son más ligeras, duran más y conducen mejor la electricidad que las placas de circuito impreso FR-4 tradicionales.

Las placas de circuito impreso con núcleo de aluminio son un tipo de placa de circuito impreso con núcleo metálico que presenta un buen rendimiento en la disipación del calor. Las placas de circuito impreso de aluminio de una sola cara más habituales pueden estar compuestas por una capa de cobre, una capa aislante y una capa base de aluminio. En la actualidad, muchos productos suelen diseñarse para placas de circuito impreso de aluminio de doble cara, que se componen de una capa de cobre, una capa aislante, una base de aluminio, otra capa aislante y otra capa de cobre. Las placas de circuito impreso con núcleo de aluminio se utilizan habitualmente en lámparas LED y sistemas de iluminación.

En las placas de circuito impreso con base de aluminio, los componentes de potencia se montan sobre la capa de circuito; durante el funcionamiento del dispositivo, el calor se transmite a la base de aluminio a través de la capa aislante y, a continuación, la base de aluminio disipa rápidamente el calor gracias a su buena disipación térmica, lo que protege no solo al circuito, sino también al equipo.

Ventajas de las placas con núcleo de aluminio (frente al FR-4)

1. Mejor conductividad térmica
2. El dieléctrico utilizado para los sustratos de aluminio suele tener una conductividad térmica entre 5 y 10 veces superior a la del FR-4 convencional, y es más fino.
3. El índice de transferencia térmica es más eficiente que el de las placas de circuito impreso FR-4 tradicionales
4. Se puede utilizar una cantidad de cobre inferior a la recomendada por el IPC

Aplicaciones de las placas de circuito impreso con núcleo de aluminio

Las placas de circuito impreso con núcleo de aluminio se utilizan ampliamente en los siguientes equipos:

1. Iluminación LED: pantallas LED, alumbrado público, etc.
2. Fuente de alimentación: convertidor CC/CA, regulador de conmutación, etc.
3. Electrónica de comunicaciones: amplificadores de alta frecuencia, dispositivos de filtrado, etc.
4. Ofimática: controladores de motores, etc.
5. Automoción: regulador electrónico, encendedor, controlador de potencia, etc.
6. Ordenador: placa base, unidad de disquete, dispositivos de alimentación, etc.
7. Módulo de potencia: convertidor, relé de estado sólido, puente rectificador, etc.
8. Audio: entrada, amplificador de salida, balance, audio y amplificador de potencia, etc.

Con el aumento de la densidad de montaje y la integración de los componentes de las placas de circuito impreso con núcleo metálico de cobre, se acelera la velocidad de transmisión de la señal y también aumenta el consumo energético correspondiente. Especialmente en esta era dominada por las redes 4G, las señales de radiofrecuencia (RF) requieren un excelente rendimiento de puesta a tierra, y los requisitos de refrigeración también se verán incrementados al mismo tiempo; el rendimiento de los PCB rígidos comunes no podrá satisfacer estos requisitos, por lo que se recurre a un tipo diferente de sustrato metálico: el PCB con sustrato de cobre. La capa de aislamiento térmico constituye la tecnología clave del sustrato de cobre, y el PCB con sustrato de cobre es uno de los más caros dentro de la gama de PCB con núcleo de cobre. La conductividad térmica del PCB con núcleo de cobre es muchas veces superior a la de los núcleos de aluminio o hierro. La capa de circuito del sustrato de cobre requiere una gran capacidad de conducción de corriente, por lo que es necesario utilizar una lámina de cobre más gruesa, generalmente de entre 35 μm y 280 μm.

La estructura general de las placas de circuito impreso con núcleo de cobre es muy similar a la de las que tienen núcleo de aluminio. Presenta una mejor conductividad térmica, mejores prestaciones de aislamiento eléctrico y un mejor rendimiento en el mecanizado. Es más adecuada para circuitos de alta frecuencia, dispositivos con alta disipación de calor y equipos de comunicación de precisión.

Ventajas de las placas de circuito impreso con núcleo de cobre

Alta conductividad térmica

La ventaja más importante de las placas de circuito impreso con base de cobre es su excelente conductividad térmica; estas placas son la opción ideal para componentes que generan mucho calor, ya que el núcleo de cobre permite transferir el calor de forma rápida y eficaz, lo que permite que el sustrato con núcleo de cobre funcione de forma estable durante mucho tiempo y, además, evita que el equipo sufra daños.

Mejor rendimiento eléctrico

Las placas de circuito impreso con núcleo metálico ofrecen un rendimiento eléctrico superior, lo que las convierte en la opción ideal para aplicaciones de alta frecuencia y equipos de comunicaciones de precisión. Estabilidad dimensional

Las placas de circuito impreso con núcleo metálico de cobre conservan bien su forma, incluso en condiciones adversas, sin deformarse, doblarse ni expandirse debido a las tensiones provocadas por altas temperaturas o presiones.

Mayor durabilidad

Las placas de circuito impreso con núcleo metálico de cobre presentan una mayor resistencia mecánica y son más duraderas que las placas de circuito impreso con base de aluminio o hierro, lo que se traduce en una mayor vida útil tanto de las placas como de los componentes.

Aplicaciones de las placas de circuito impreso con núcleo de cobre

1. Convertidor de energía solar
2. Energías renovables
3. Rectificador de alta potencia
4. La red ferroviaria
5. Relé de sobrecarga, cable de alimentación para el monitor

Diferencias entre las placas de circuito impreso de aluminio y las de cobre

1. El precio del material del sustrato de cobre es mucho más elevado que el del sustrato de aluminio.
2. La conductividad térmica de una placa de circuito impreso con núcleo de cobre es el doble que la de una placa con núcleo de aluminio: base de aluminio: unos 200 W/m·K; base de cobre: unos 400 W/m·K. Por lo tanto, la disipación del calor de la base de cobre es mejor que la de la base de aluminio.
3. Las placas de circuito impreso con núcleo de aluminio no se pueden perforar directamente para crear orificios metalizados, mientras que las placas de circuito impreso con núcleo de cobre sí se pueden procesar para crear orificios metalizados.
4. Las placas de circuito impreso con núcleo de cobre tienen una mayor densidad por unidad de superficie, por lo que son más pesadas que las placas de circuito impreso con núcleo de aluminio.
5. Las placas de circuito impreso con núcleo metálico presentan una mayor ductilidad que las que tienen núcleo de aluminio.
6. En comparación con las placas de circuito impreso con núcleo de aluminio, las placas de circuito impreso con núcleo de cobre presentan una menor contracción y deformación.