Diseño electrónico - Fundamentos del diseño y fabricación de PCB de núcleo metálico

Los PCB de núcleo metálico no son comunes en los bienes de consumo, pero están presentes en grandes cantidades en la industria, aeroespacial, sistemas de iluminación, electrónica de potencia y otras áreas que requieren alta fiabilidad. Los sistemas de alta potencia generan una gran cantidad de calor y necesitan eliminarlo rápidamente para evitar fallas en los componentes. Del mismo modo, los sistemas de baja potencia pueden estar expuestos a altas temperaturas y es necesario eliminar rápidamente el calor para evitar daños en placas de circuito y componentes. El diseño de PCB de núcleo metálico (incluido dfm) sigue muchas de las mismas reglas básicas de diseño que los PCB típicos en fr4. Si desea diseñar nuevos productos en cualquiera de las áreas anteriores, es posible que necesite usar placas de núcleo metálico para controlar la temperatura. En este artículo, presentaré brevemente la estructura de los PCB de núcleo metálico y algunos puntos de diseño importantes que deben considerarse antes de planificar el diseño de los PCB de núcleo metálico. Estas placas de circuito tienen requisitos especiales de fabricación, pero las empresas de diseño adecuadas pueden ayudar a cumplir con estos requisitos y asegurarse de que los PCB se pueden producir a gran escala. La aplicación del diseño de PCB de núcleo metálico el PCB de núcleo metálico puede encontrar su lugar en la aplicación que produce una gran cantidad de calor durante el funcionamiento de casi cualquier equipo. Estas placas no son una alternativa ideal a la cerámica, ya que son una opción menos costosa y ofrecen una mayor conductividad térmica para eliminar el calor de componentes importantes. Suelen ser el punto de partida para encontrar placas de circuito para sistemas con una fuerte capacidad de disipación de calor. Algunas aplicaciones de los PCB de núcleo metálico incluyen: unidades de iluminación led: generalmente se fabrican placas con LED de alta potencia en los PCB de núcleo metálico. Estas placas proporcionan una base sólida para LED de alta potencia (smd y a través de agujeros), al tiempo que emiten alto calor en las placas de núcleo metálico. Conversión y gestión de energía: vehículos híbridos, equipos industriales, equipos de comunicación de estaciones base y sistemas municipales de distribución funcionan a alta potencia. En estas áreas, los PCB de núcleo metálico son comunes. Equipos solares: los equipos solares deben ser particularmente robustos y funcionar a altas temperaturas y alta tensión / corriente continua. Diseños similares de PCB se pueden implementar en instalaciones geotérmicas. Militares (por ejemplo, sumergibles, aviones): los PCB de núcleo metálico pueden disipar rápidamente el calor, manteniendo el equipo electrónico alejado del equipo electrónico cerca de una fuente de calor alta, como el motor o el sistema de escape. En muchas otras áreas, la alta fiabilidad y la rigidez estructural también son esenciales, lo que hace de la placa de núcleo metálico una excelente opción. Una vez que empiezas a estudiar los requisitos de apilamiento y diseño de estas placas, es menos obvio cómo diseñarlas realmente. ¿¿ se puede hacer una placa de núcleo metálico de varias capas? ¿¿ puede ser de doble cara? ¿¿ cómo lidiar con los agujeros durante el proceso de fabricación? Estos son temas importantes relacionados con el DFM del PCB del núcleo metálico.

El DFM se utiliza en el núcleo metálico pcba y otras placas de pcb, y si desea asegurarse de que la fabricación funciona con éxito, debe seguir una guía DFM específica. El proceso para placas de núcleo metálico es diferente del típico proceso de apilamiento de PCB que involucra laminados tejidos de vidrio, por lo que tienden a adoptar diferentes reglas dfm. La siguiente imagen muestra una pila típica de PCB de núcleo metálico de doble Cara. Tenga en cuenta que técnicamente, la pila puede ser adecuada para placas multicapa, en las que cada lado del núcleo metálico tiene múltiples medios eléctricos. O puedes hacer que la placa de circuito sea unilateral y exponer la parte posterior del núcleo metálico. Al diseñar el PCB de núcleo metálico, los siguientes son los puntos de fabricación a los que hay que prestar atención: el respaldo metálico en el PCB de núcleo metálico puede funcionar como un gran plano de tierra o un gran disipador de calor. Si la placa de circuito requiere el uso de módulos de placa de circuito de alta velocidad / alta frecuencia, el uso de la placa de metal posterior como un plano de tierra más grande puede proporcionar algún blindaje. Si se utiliza un plano de alimentación en el tablero, también puede proporcionar algunos condensadores planos. Además, el núcleo metálico puede usarse como un gran disipador de calor, especialmente en caso de exposición. Este último aspecto es muy útil cuando la placa debe instalarse cerca de una fuente de calor alta. En este caso, al conectar la parte superior a la fuente de alimentación estándar, es mejor no poner la parte posterior a tierra. Esto puede evitar el circuito de tierra. Esto también disipará el calor directamente en radiadores muy grandes, lo que ayudará a reducir la temperatura de la superficie. El agujero en la placa única se puede colocar en el PCB del núcleo metálico, tanto como agujero de instalación como como como agujero estándar en la placa de doble Cara. Si los agujeros solo se utilizan para instalar componentes a través de agujeros en un solo panel, estos agujeros no deben ser chapados para evitar cortocircuitos. Esto se hace perforando el agujero de montaje y rellenando el agujero con resina epoxi o gel que no conduce la electricidad. Luego, conecte el agujero para instalarlo en la parte superior. Los agujeros en la placa de doble cara están en el PCB de núcleo metálico de doble cara, algunos componentes pueden instalarse en ambos lados y es necesario colocar agujeros recubiertos entre las capas de señal. El proceso de preperforación - relleno aislante - repintado - chapado para formar un agujero de chapado, por lo que se encuentran algunas dificultades durante el proceso de fabricación. el proceso requiere tiempo adicional y genera costes adicionales, pero está diseñado para evitar cortocircuitos en el agujero. En el diseño de pcb, es mejor usar almohadillas para indicar áreas alrededor del agujero que necesitan ser rellenadas con material de relleno aislante. Asegúrese de ajustar el tamaño de la máscara de soldadura a través del agujero para cumplir con el estándar IPC - 2221. DFM no es muy diferente de los PCB estándar en otros aspectos del diseño de PCB de núcleo metálico, aunque las herramientas CAD no se utilizan para diseñar estas placas de circuito. La parte delantera de la electrónica de Potencia debe seguir algunas reglas pequeñas, especialmente el IPC - 2221 (reglas de arrastre y liberación), así como otros estándares de defensa y aeroespacial.