Elektronisches Design - Die Grundlage des Designs und der Herstellung von Metallkern-Leiterplatten

Metallkern-Leiterplatten sind in Verbraucherprodukten nicht sehr verbreitet, aber sie sind reich an Industrie, Luft- und Raumfahrt, Beleuchtungssysteme, Leistungselektronik, und andere Bereiche, die hohe Zuverlässigkeit erfordern. Hochleistungsanlagen erzeugen viel Wärme, und die Wärme muss schnell entfernt werden, um Komponentenausfall zu verhindern. Ähnlich, Niedrigstromanlagen können hoher Hitze ausgesetzt sein, und die Wärme muss schnell entfernt werden, um Schäden an Leiterplatten und Komponenten.
Metallkern PCB-Design (including DFM) follows many of the same basic design rules as typical PCBs on FR4. Wenn Sie ein neues Produkt in einem der oben genannten Bereiche entwerfen möchten, Sie müssen möglicherweise eine Metallkernplatte verwenden, um die Temperatur zu steuern. In diesem Artikel, Ich werde kurz die Struktur der Metallkern PCB und einige wichtige Designpunkte zu berücksichtigen, bevor Sie planen, Metallkern zu verwenden PCB-Design. Diese Platten tragen besondere Fertigungsanforderungen, Aber ein geeignetes Designunternehmen kann helfen, diese Anforderungen zu erfüllen und sicherzustellen, dass die Leiterplatte in Massenproduktion hergestellt werden kann.
Anwendung von Metallkern PCB-Design
Metallkern-Leiterplatten Sie finden ihren Platz in fast jeder Anwendung, die viel Wärme erzeugt, wenn das Gerät läuft. Diese Platten sind kein idealer Ersatz für Keramik, da sie eine kostengünstigere Option sind, und sie bieten eine höhere Wärmeleitfähigkeit, um Wärme von wichtigen Komponenten zu entfernen. Sie sind oft ein Ausgangspunkt bei der Suche nach Leiterplatten für Systeme mit starker Wärmeableitung. Einige Anwendungen von Metallkern PCB include:
LED lighting unit: usually a board with high-power LEDs is manufactured on a Metallkern PCB. These boards provide a solid base for high-power LEDs (SMD and through-hole) while dissipating high heat into the metal core board.
Energieumwandlung und -management: Hybridfahrzeuge, Industrieanlagen, Basisstationen Telekommunikationsanlagen und kommunale Stromverteilungssysteme arbeiten alle mit hoher Leistung. In diesen Bereichen, Metallkern PCBs sind häufig.
Solaranlagen: Solaranlagen müssen besonders robust sein und bei hohen Temperaturen und hoher Gleichspannung betrieben werden/aktuell. Ähnliche PCB-Designs kann in geothermischen Anlagen implementiert werden.
Military (for example, Tauchboote, airplanes): Metallkern-Leiterplatten kann Wärme schnell ableiten, Elektronik von elektronischen Geräten fernhalten, die sich in der Nähe von hohen Wärmequellen wie Motoren oder Abgasanlagen befinden können.
In vielen anderen Bereichen, Hohe Zuverlässigkeit und strukturelle Steifigkeit sind ebenfalls entscheidend, was Metallkernplatten zu einer ausgezeichneten Wahl macht. Sobald Sie beginnen, die Stapel- und Layoutanforderungen dieser Bretter zu studieren, Es wird weniger offensichtlich, wie man sie tatsächlich gestaltet. Können mehrschichtige Metallkernplatten hergestellt werden? Kann es doppelseitig sein? Wie man mit Durchkontaktierungen im Herstellungsprozess umgeht? Dies alles sind wichtige Themen im Zusammenhang mit dem DFM von Metallkern PCBs.

DFM für Metallkern PCB
Wie bei anderen Leiterplatten, wenn Sie eine erfolgreiche Fertigung sicherstellen wollen, Sie müssen bestimmte DFM-Richtlinien befolgen. Das Verfahren für Metallkernplatinen unterscheidet sich von dem typischen PCB-Stapelverfahren, bei dem Glasfaserlaminate verwendet werden, so neigen sie dazu, andere DFM-Regeln zu übernehmen. Die folgende Abbildung zeigt einen typischen Stapel eines doppelseitige Leiterplatte mit Metallkern.
Bitte beachten Sie, dass der Stack technisch als Multilayer-Board angepasst werden kann, wo der Metallkern mehrere Dielektrika auf jeder Seite hat. Oder, Sie können die Leiterplatte einseitig machen, die Rückseite des Metallkerns freigelegt lässt. Bei der Gestaltung eines Metallkern PCB, the following are the manufacturing points that need to be paid attention to:
Metal core ground
The metal backing on the PCB can work like a large ground plane or a large heat sink. Wenn das Board eine hohe Geschwindigkeit verwenden muss/Hochfrequenz-Leiterplattenmodul, Die Verwendung der hinteren Metallplatte als größere Bodenebene kann einige Abschirmung bieten. Wenn eine Leistungsebene auf der Platine verwendet wird, es kann auch etwas Ebenenkapazität zur Verfügung stellen.
Darüber hinaus, Der Metallkern kann als großer Kühlkörper verwendet werden, besonders wenn es exponiert ist. Letzterer Aspekt ist sehr nützlich, wenn die Platine in der Nähe einer hohen Wärmequelle installiert werden muss. In diesem Fall, beim Anschluss der Oberseite an ein Standard-Netzteil, Es ist am besten, die Rückseite nicht zu erden. Dies verhindert Erdschleifen. Dadurch wird die Wärme auch direkt in den sehr großen Kühlkörper abgeleitet, das hilft, die Oberflächentemperatur zu senken.
Hole on single panel
The hole can be placed on the Metallkern PCB, entweder als Montageloch, oder als Standard-Durchgangsloch auf einer doppelseitigen Platte. Wenn Löcher nur zur Montage von Durchgangskomponenten auf einer einzigen Platte verwendet werden, Diese Löcher sollten nicht plattiert werden, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Dies geschieht durch Bohren von Löchern in die Montagelöcher und Füllen der Löcher mit nicht leitendem Epoxid oder Gel. Dann, Stecken Sie das Loch so, dass es auf der oberen Ebene installiert werden kann.
Hole on double-sided board
In a doppelseitige Leiterplatte mit Metallkern, Einige Komponenten können beidseitig montiert werden, Zwischen den Signalschichten müssen plattierte Durchkontaktierungen platziert werden. Vorbohren von aufscheibendem Füllstoff-Bohrer-Bohren von Bohr-Galvanik-Verfahren zur Bildung von plattierten Löchern, So werden einige Schwierigkeiten in der Herstellung auftreten. Dieser Prozess wird zusätzliche Zeit in Anspruch nehmen und zusätzliche Kosten verursachen, aber es ist entworfen, um Kurzschlüsse durch Vias zu verhindern. Im PCB-Layout, Es ist am besten, Anti-Pad zu verwenden, um den Bereich um den Durchgang anzuzeigen, der mit isolierendem Füllmaterial gefüllt werden muss. Achten Sie darauf, die Größe der Durchlötmaske an den IPC-2221 Standard anzupassen.
DFM is not much different from standard PCB in other aspects of Leiterplattendesign aus Metall, Obwohl CAD-Werkzeuge nicht verwendet werden, um diese zu entwerfen Leiterplatten. Das Frontend der Leistungselektronik muss einigen kleinen Regeln folgen, especially IPC-2221 (creep and release rules), sowie andere Standards für Verteidigung und Luft- und Raumfahrt