Les avantages des circuits imprimés à noyau métallique

Il existe de nombreux types de matériaux pour les circuits imprimés, tels que les circuits imprimés métalliques, les substrats métalliques isolés (IMS ou IMPCB), les circuits imprimés à noyau métallique (MCPCB), les circuits imprimés composites en aluminium et les substrats en aluminium, etc. Toutefois, si la dissipation de la chaleur est un facteur à prendre en considération, les circuits imprimés à âme métallique ou en aluminium constituent certainement un bon choix. Cependant, si la dissipation de la chaleur est un facteur important, le circuit imprimé à noyau métallique est le meilleur choix. Les circuits imprimés métalliques offrent une meilleure dissipation de la chaleur que les circuits imprimés traditionnels FR-4 à base d'époxy et de verre.
Cela est dû à la conductivité thermique 5 à 10 fois plus élevée et à l'épaisseur 10 fois plus importante des architectures conventionnelles. L'efficacité exceptionnelle du transfert de chaleur permet aux PCB métalliques d'utiliser des couches de cuivre très légères, ce qui réduit le coût et l'épaisseur de la solution. Parallèlement, la couche métallique peut être composée entièrement de métal ou d'une combinaison de fibres de verre (FR-4) et de métal.

Les circuits imprimés métalliques se composent d'une couche diélectrique à haute conductivité thermique, d'une couche métallique et d'un film de cuivre à haute capacité de dissipation de la chaleur. Les matériaux les plus couramment utilisés pour la fabrication des circuits imprimés à noyau métallique sont l'aluminium et le cuivre, et parfois l'acier inoxydable. Les circuits imprimés à noyau métallique ou en aluminium peuvent soustraire de la chaleur aux composants de haute puissance afin de faciliter le transfert de chaleur. L'objectif de l'utilisation de circuits imprimés à âme métallique est donc de fournir une conductivité thermique beaucoup plus élevée que celle du FR-4.

En général, la couche supérieure de la structure du circuit imprimé China Metal Core est constituée d'une fine pellicule de cuivre, qui est gravée comme un circuit imprimé conventionnel. L'épaisseur de la fine pellicule de cuivre varie entre 1 once et 4 onces. La couche la plus interne est un matériau diélectrique dont la fonction est d'isoler électriquement la couche métallique du film de cuivre tout en permettant un transfert de chaleur rapide entre les deux couches. Dans le cas d'un MCPCB multicouche, il faut répartir uniformément les couches concernant la couche métallique intérieure. Par exemple, dans un circuit imprimé à 6 couches, la couche métallique est placée au milieu, les 3 couches supérieures et les 3 couches inférieures.
Il convient également de noter que le noyau métallique du circuit imprimé thermique peut être en aluminium, en cuivre ou en cuivre lourd et en acier inoxydable. Toutefois, le matériau du circuit imprimé métallique est très dur et la découpe du circuit imprimé en petits morceaux peut poser des problèmes. Il convient donc de se demander si les produits chimiques utilisés dans la fabrication réagiront à ces matériaux lors du choix des circuits imprimés métalliques.

Dissipation de la chaleur

C'est l'un des principaux avantages des circuits imprimés à âme métallique. Son taux de transfert de chaleur est 8 à 9 fois plus rapide que celui des circuits imprimés en FR-4. Si nos circuits imprimés doivent être refroidis rapidement, il est préférable d'utiliser des circuits imprimés métalliques au lieu des substrats FR-4 traditionnels. Le principal avantage du circuit imprimé à noyau métallique est qu'il utilise un matériau de substrat spécial qui augmente la fiabilité des conceptions fonctionnant à des températures supérieures à la normale. Le circuit imprimé à noyau métallique absorbe activement la chaleur de l'emplacement des composants chauds en fonctionnement vers la couche opposée du circuit, ce qui permet une dissipation de la chaleur plus efficace et plus sûre.

Faible coût

Outre ses performances thermiques, l'aluminium présente l'avantage d'être recyclable et peu coûteux. Lorsque nos circuits imprimés à noyau métallique sont mis au rebut, nous pouvons recycler le métal qu'ils contiennent. Cela permet également de réduire les coûts de production. Par ailleurs, les circuits imprimés à substrat métallique sont plus légers, plus durables et plus conducteurs. Par conséquent, les coûts de fabrication associés aux PCB avec des substrats en aluminium peuvent également être réduits. Les circuits imprimés en aluminium constituent également une alternative économique aux dissipateurs thermiques plus coûteux et plus encombrants. L'aluminium est connu pour être un métal non toxique et entièrement recyclable. L'utilisation de l'aluminium dans les circuits imprimés métalliques contribue à la protection de notre environnement dans la chaîne qui relie les producteurs aux consommateurs finaux.

Plus de stabilité

La conception du circuit imprimé à noyau métallique chinois rendra le circuit imprimé plus stable. Prenons l'exemple du circuit imprimé à noyau métallique le plus utilisé, il résout efficacement le problème de la dissipation de la chaleur pour l'utilisation à long terme des lampadaires à LED et de l'éclairage public à LED. En plus d'assurer une grande stabilité, l'aluminium est également très léger, ce qui augmente la résistance et la flexibilité du circuit imprimé sans en augmenter le poids.

Durée de vie plus longue

Par rapport aux matériaux couramment utilisés dans la fabrication des circuits imprimés, le métal a une durée de vie plus longue. Les matériaux métalliques réduisent le risque de rupture accidentelle des circuits imprimés pendant la production, l'assemblage et l'utilisation.

Grâce à tous ces avantages, les circuits imprimés à âme métallique sont idéaux pour toute une série d'applications, notamment

1. Automobile, systèmes LED pour l'éclairage public
2. Photovoltaïque
3. Applications de l'unité de rétroéclairage
4. Applications de contrôle des moteurs/hybrides
5. Convertisseurs d'énergie

La principale caractéristique des circuits imprimés à noyau métallique chinois est qu'ils n'utilisent pas de trous de passage plaqués. La fabrication de circuits imprimés à noyau métallique utilise généralement des composants montés en surface, l'une des principales caractéristiques du processus de fabrication des circuits imprimés à noyau métallique. Si la fabrication de cartes à noyau métallique utilise des trous de passage plaqués, la feuille de métal épaisse sur la face inférieure de la structure stratifiée peut provoquer un court-circuit à travers les trous de passage. Par conséquent, la conception du circuit imprimé à noyau métallique ne nécessite pas de dissipation de la chaleur par le trou traversant. Grâce à cette conception, la capacité de refroidissement est également améliorée.
En supprimant les vias, les fabricants de circuits imprimés à noyau métallique peuvent déplacer vos circuits plus rapidement. Dans la plupart des usines de fabrication de circuits imprimés, ce processus constitue un goulot d'étranglement. Votre MCPCB à une couche saute alors l'étape de préparation de la paroi du trou par placage chimique de cuivre, nécessaire pour le traitement PTH, et passe directement à l'imagerie du circuit après un cycle de perçage rapide. Ensuite, votre MCPCB suivra essentiellement les mêmes étapes de traitement que n'importe quelle conception FR4 traditionnelle.

	PCB FR4	MCPCB
Conductivité	Le FR4 a une faible conductivité thermique, généralement de l'ordre de 0,3W.	La conductivité thermique du MCPCB est élevée, allant de 1,0 à 4,0 watts, 2,0 watts étant la valeur la plus fréquente.
Trous de passage plaqués	Utiliser des trous de passage plaqués	Montage en surface
Dégagement de chaleur	Généralement, le dégagement de chaleur s'accompagne d'un transfert de chaleur à travers les trous	Les opérations de perçage, de dépôt et de placage sont toutes éliminées lors de l'utilisation du matériau MCPCB car il dissipe sa propre chaleur.
Couche de résistance à la soudure	La couche de réserve de soudure du PCB FR4 se trouve en haut et en bas, généralement en vert, bleu, rouge, noir, etc.	MCPCB couche de réserve de soudure uniquement sur la partie supérieure, généralement carte LED blanche
Épaisseur	Gamme d'épaisseurs plus flexible pour les circuits imprimés FR4, avec différentes combinaisons de matériaux et de nombre de couches disponibles	La variation de l'épaisseur des MCPCB est limitée par l'épaisseur du fond de panier disponible et l'épaisseur de la feuille diélectrique.
Processus	Processus standard pour les circuits imprimés en FR4 : trous fraisés, rainurage en V, trous fraisés, fraisage, perçage	Utiliser les mêmes procédures de traitement que pour le FR4 (des lames de scie diamantées doivent être utilisées pour les plaques en V afin d'augmenter la tension lors de la coupe du métal).

L'une des raisons les plus courantes de la défaillance d'une carte de circuit imprimé est la contrainte thermique. Une contrainte thermique excessive peut entraîner une dégradation des performances d'un circuit imprimé, voire l'arrêt complet de son fonctionnement. Au fur et à mesure que la technologie de fabrication des circuits imprimés à noyau métallique progresse, les exigences en matière de profil des différents composants deviennent de plus en plus réduites, et les contraintes thermiques augmentent. Par conséquent, une gestion thermique efficace dans les circuits imprimés est devenue un aspect critique pour empêcher les appareils électroniques de perdre leur fonctionnalité.

Comment fonctionne la gestion thermique des circuits imprimés avec des noyaux métalliques à base ?

Dans la plupart des cas, le circuit et les couches diélectriques sont placés sur une base. La gestion thermique utilise généralement un noyau métallique en cuivre ou en aluminium.
Si nous ne mettons pas en œuvre une gestion thermique efficace, cela compromettra les performances de toute application. Le transport de la chaleur depuis le composant générateur de chaleur jusqu'au dissipateur thermique extérieur est crucial. L'utilisation d'un matériau à haute conductivité thermique comme le cuivre permet d'améliorer le transfert de chaleur. Les bases à base de cuivre sont une technologie alternative qui, en fin de compte, confère aux circuits imprimés une meilleure conductivité thermique.
Le cuivre de la base du noyau métallique améliore la conductivité thermique tout en abaissant la température de fonctionnement du composant. Il s'agit donc d'un excellent moyen de réduire les contraintes thermiques des circuits imprimés.
Utilisez des bases à base de cuivre dans les cas suivants.

1. Simple face, simple couche
2. Matrice de via thermique laser remplie de cuivre
3. Châssis double face

Il y a quelques éléments à prendre en compte lors de la fabrication d'un circuit imprimé à âme métallique. Nous créerons une solution appropriée pour votre matériau à titre d'exemple.

1. Panneaux PTH à 2 couches remplis d'aluminium (des opérations coûteuses de pré-perçage, de remplissage de l'isolant et de ré-perçage sont nécessaires pour réaliser des trous de passage plaqués qui n'entraîneront pas de court-circuit).
2. Cartes à deux ou plusieurs couches fabriquées selon les techniques habituelles des circuits imprimés, mais avec un matériau thermo diélectrique à la place du FR4 et un support métallique pour le transfert de chaleur laminé sur la face inférieure.

Les MCPCBs peuvent être une bonne solution lorsque de nombreuses LEDs de refroidissement sont une priorité de conception. La conception des circuits imprimés à noyau métallique peut présenter certaines limites, mais le processus de fabrication n'est pas très différent de celui des autres circuits imprimés.
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