Il existe de nombreux types de matériaux de carte PCB parmi lesquels choisir, tels que les PCB métalliques, les substrats métalliques isolés (IMS ou IMPCB), les PCB à noyau métallique (MCPCB), les panneaux composites en aluminium et les substrats en aluminium, etc. Cependant, si la dissipation thermique est un considération, alors le noyau métallique ou le circuit imprimé en aluminium est certainement un bon choix. Mais si la dissipation thermique est un facteur à prendre en compte, le circuit imprimé à noyau métallique est le choix préféré. Les PCB métalliques offrent une meilleure dissipation de la chaleur que les PCB traditionnels à base de verre époxy FR-4.
Cela est dû à la conductivité thermique 5 à 10 fois supérieure et à l'épaisseur 10 fois supérieure des architectures conventionnelles. Le transfert de chaleur exceptionnellement efficace permet aux PCB métalliques d'utiliser des couches de cuivre très légères, réduisant ainsi le coût et l'épaisseur de la solution. En même temps, la couche métallique peut être entièrement composée de métal ou d'une combinaison de fibres de verre (FR-4) et de métal.
Structure du circuit imprimé à noyau métallique
Les PCB 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 thermique. Les matériaux de fabrication de circuits imprimés à noyau métallique les plus largement utilisés sont l'aluminium et le cuivre, et parfois l'acier inoxydable. Le noyau métallique ou la carte en aluminium peuvent soustraire la chaleur des composants à haute puissance pour faciliter le transfert de chaleur. Ainsi, le but de l'utilisation d'un circuit imprimé à noyau métallique est de fournir une conductivité thermique beaucoup plus élevée que le FR-4.
Généralement, la couche supérieure de la structure de la carte PCB China Metal Core est formée d'un mince film de cuivre, qui est gravé comme une carte de circuit imprimé conventionnelle. L'épaisseur du film de cuivre mince varie de 1 once à 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. Lorsqu'il s'agit de MCPCB multicouches, il faut répartir uniformément les couches concernant la couche métallique interne. 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.
Nous devons également noter que le noyau métallique du PCB thermique peut être un PCB à noyau en aluminium, un PCB à noyau en cuivre ou un PCB en cuivre lourd et en acier inoxydable. Cependant, le matériau PCB métallique est très dur et couper le PCB en petits morceaux peut causer des problèmes. Nous devons donc déterminer si les produits chimiques utilisés dans la fabrication y réagiront lors du choix des matériaux PCB métalliques.
4 avantages de la carte PCB à noyau métallique
La dissipation de chaleur
C'est l'un des plus grands avantages de la carte à noyau métallique. Son taux de transfert de chaleur est 8 à 9 fois plus rapide que celui des PCB FR-4. Si nos PCB doivent être refroidis rapidement, il est préférable d'utiliser des PCB métalliques au lieu des substrats FR-4 traditionnels. Ainsi, le plus grand avantage du PCB 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. La conception de circuit imprimé à noyau métallique absorbe activement la chaleur de l'emplacement des composants fonctionnant à chaud vers la couche opposée de la carte, permettant une dissipation thermique plus efficace et plus sûre.
À bas prix
Outre ses performances thermiques, l'aluminium présente l'avantage d'être recyclable et peu coûteux. Lorsque notre circuit imprimé à noyau métallique led est jeté, nous pouvons recycler le métal à partir de celui-ci. Cela permet également d'économiser davantage sur les coûts de production. Dans le même temps, les PCB avec des substrats métalliques 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 PCB en aluminium sont également une alternative rentable aux dissipateurs thermiques plus coûteux et encombrants. L'aluminium est connu pour être un métal non toxique et entièrement recyclable. L'utilisation de l'aluminium dans les PBC métalliques contribue à protéger notre environnement dans la chaîne qui relie les producteurs et les consommateurs finaux.
Plus de stabilité
La conception de circuit imprimé à noyau métallique en Chine rendra le circuit imprimé plus stable. Prenons l'exemple de la carte à noyau métallique à LED la plus utilisée, elle résout efficacement le problème de la dissipation de la chaleur pour une utilisation à long terme des lampadaires à LED. En plus d'assurer une grande stabilité, l'aluminium est également très léger, il augmente donc la résistance et la flexibilité de la carte de circuit imprimé sans augmenter le poids.
Durée de vie plus longue
Comparé aux matériaux couramment utilisés dans la fabrication de PCB, le métal a une durée de vie plus longue. Les matériaux métalliques réduisent le risque de rupture accidentelle du circuit imprimé lors de la production, de l'assemblage et de l'utilisation.
Où sont utilisés les PCB à noyau métallique ?
Tous les avantages ci-dessus rendent les circuits imprimés à noyau métallique idéaux pour une variété d'applications, y compris
- Automobile, systèmes LED pour l'éclairage public
- Photovoltaïque
- Applications de l'unité de rétroéclairage
- Applications de commande moteur/hybride
- Convertisseurs d'énergie
Composants de montage en surface MCPCB
La principale caractéristique des conceptions de circuits imprimés à noyau métallique en Chine est qu'elles n'utilisent pas de trous traversants plaqués. La fabrication de circuits imprimés à noyau métallique utilise généralement des composants à montage en surface, l'une des principales caractéristiques du processus de fabrication de circuits imprimés à noyau métallique. Si la fabrication de circuits imprimés à noyau métallique utilise des vias plaqués, la feuille de métal épaisse sur la face inférieure de la structure stratifiée peut provoquer un court-circuit à travers les vias. Par conséquent, la conception de circuit imprimé à noyau métallique ne nécessite pas de dissipation de chaleur à travers le trou traversant. Grâce à cette conception, sa capacité de refroidissement est également améliorée.
En supprimant les vias, les fabricants de circuits imprimés à noyau métallique peuvent déplacer vos cartes plus rapidement. Dans la plupart des usines de fabrication de PCB, il s'agit d'un processus de goulot d'étranglement. Votre MCPCB à 1 couche saute ensuite l'étape de préparation de la paroi du trou de placage de cuivre chimique requise pour le traitement PTH et passe directement à l'imagerie du circuit après un cycle de perçage rapide. Après cela, votre MCPCB suivra essentiellement les mêmes étapes de processus que n'importe quelle conception FR4 traditionnelle.
Circuit imprimé FR4 contre MCPCB
| PCB FR4 | MCPCB | |
|---|---|---|
| Conductivité | FR4 a une faible conductivité thermique, généralement autour de 0.3W. | La conductivité thermique du MCPCB est élevée, allant de 1.0 à 4.0 watts, 2.0 watts étant la plus fréquente. |
| Plaqué à travers des trous | Utiliser des trous traversants plaqués | Montage en surface |
| Dégagement de chaleur | Généralement dégagement de chaleur avec 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 réserve de soudure | Couche de résistance à la soudure FR4 PCB en haut et en bas, généralement verte, bleue, rouge, noire, etc. | Couche de résistance à la soudure MCPCB uniquement sur le dessus, généralement une carte LED blanche |
| Épaisseur | Gamme d'épaisseurs plus flexible pour les PCB FR4, avec diverses combinaisons de matériaux et nombres de couches disponibles | La variation d'épaisseur du MCPCB est limitée par l'épaisseur de fond de panier disponible et l'épaisseur de la feuille diélectrique |
| Le processus | Processus standard pour les PCB FR4 : trous fraisés, rainurage en V, trous fraisés, fraisage, perçage | Utilisez les mêmes procédures de traitement que FR4 (des lames de scie revêtues de diamant doivent être utilisées pour les plaques en V afin d'augmenter la contrainte lors de la coupe du métal) |
Comment utiliser la base pour la gestion thermique des PCB
L'une des raisons les plus courantes de défaillance des PCB est le stress thermique. Une contrainte thermique excessive peut entraîner une dégradation des performances d'un PCB ou éventuellement un arrêt complet de son fonctionnement. À mesure que la technologie de fabrication de circuits imprimés à noyau métallique progresse, les exigences de profil de divers composants deviennent de plus en plus petites et les contraintes thermiques augmentent. En conséquence, une gestion thermique efficace dans les PCB est devenue un aspect essentiel pour empêcher les appareils électroniques de perdre la fonctionnalité du système.
Comment fonctionne la gestion thermique des PCB avec des noyaux métalliques avec des bases ?
Dans la plupart des cas, le circuit et les couches diélectriques sont placés sur une base. La gestion thermique utilisera 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 du composant générateur de chaleur vers le dissipateur thermique extérieur est crucial. Lorsqu'un matériau à conductivité thermique élevée comme le cuivre est utilisé, le transfert de chaleur est amélioré. Les bases à base de cuivre sont une technologie alternative qui, au final, confère aux PCB une meilleure conductivité thermique.
Le cuivre dans la base du noyau métallique améliore la conductivité thermique tout en abaissant la température de fonctionnement du composant. En conséquence, il est excellent pour réduire le stress thermique des PCB.
Utilisez des bases à base de cuivre dans les scénarios suivants.
- Simple face, monocouche
- Thermique laser rempli de cuivre via matrice
- Châssis double face
Fabricant de fabricants de circuits imprimés à noyau métallique
Il y a quelques éléments à prendre en compte lors de la fabrication d'un circuit imprimé à noyau métallique. Nous créerons une solution appropriée pour votre matériel à titre d'exemple.
- Panneaux PTH à 2 couches remplis d'aluminium (des opérations coûteuses de pré-perçage/remplissage d'isolation/re-perçage sont nécessaires pour créer des trous traversants plaqués qui ne se court-circuiteront pas.)
- Cartes à 2 couches ou multicouches fabriquées à l'aide de techniques de PCB typiques, mais avec un matériau thermo-diélectrique au lieu de FR4 et un support métallique pour le transfert de chaleur laminé sur le fond.
Les MCPCB peuvent être une bonne solution lorsque de nombreuses LED de refroidissement sont une priorité de conception. La conception du circuit imprimé à noyau métallique peut avoir certaines limites, mais le processus de fabrication n'est pas très différent de celui des autres circuits imprimés.
De la fabrication du MCPCB à l'assemblage, nous fournissons un guichet unique, avec toutes les procédures de production inscrites sur notre application auto-développée pour la surveillance en ligne.