Blog de PCB - Conocer el núcleo metálico PCB

El núcleo metálico PCB reemplaza la placa de tela de vidrio epoxidado por una placa metálica de espesor comparable. después de un tratamiento especial, los circuitos conductores a ambos lados de la placa de conversación de oro están conectados entre sí y altamente aislados de la parte metálica. Las ventajas de la placa impresa de núcleo metálico son la disipación de calor y la buena estabilidad dimensional, porque materiales magnéticos como el aluminio y el hierro tienen un efecto de blindaje que puede evitar interferencias mutuas.

Diseño y estructura de los PCB de núcleo metálico

La placa impresa de núcleo metálico es una estructura que sujeta la placa metálica a la capa media de la placa impresa, y su estructura puede ser diversa. En general, hay tres estructuras: (1) la estructura simétrica de la disposición del núcleo metálico; (2) estructura asimétrica del diseño; (3) estructura local del diseño.

La disposición del núcleo metálico de la estructura simétrica se refiere a la misma estructura o espesor dieléctrico enterrado en el núcleo metálico a ambos lados de la placa de circuito impreso.

En los PCB de alta densidad y alta frecuencia, hay diferentes grados de calor y aumento de temperatura, por lo que el número y la estructura de las capas enterradas en el núcleo metálico pueden ser diferentes. Debido a que la mayoría de los núcleos metálicos enterrados están en PCB de varias capas, hay PCB de núcleo metálico simétrico de varias capas y PCB de núcleo metálico de una sola capa.

¡Nota: ¡ el término "simetría" aquí se refiere a una estructura que logra una transferencia de calor más equilibrada dentro del pcb!

La estructura del núcleo metálico enterrada simétrica se forma sujetando el núcleo metálico en una placa de doble cara o utilizando un núcleo metálico cubierto de cobre, como se muestra en la figura 1. ¡¡ el uso de esta estructura no solo tiene una alta conductividad térmica, sino que, lo que es más importante, tiene las ventajas de poca deformación, buena planitud y alta fiabilidad, lo que es muy propicio para la instalación o despliegue de componentes de alta potencia y ocasiones de alta densidad!

La conductividad térmica de las placas multicapa con estructuras de núcleo metálico enterradas simétricamente cuando el aumento de temperatura o el grado de calor dentro de las placas de circuito impreso multicapa es alto, pero el aumento de temperatura en cada lugar es el mismo o no es muy diferente, o debido a la Alta densidad, alta frecuencia y alta potencia, pero el aumento de temperatura general de los PCB es equilibrado, se pueden utilizar estructuras de núcleo metálico enterradas simétricamente, que son diferentes.

En las placas de circuito impreso multicapa, el diseño de alta densidad o alta frecuencia es más razonable y uniforme, aunque el calor general es alto, el grado de alta temperatura en la capa dieléctrica de PCB general es el mismo o casi el mismo. En este caso y en estas condiciones, se debe utilizar una estructura de conducción térmica simétrica multicapa (núcleo metálico) que favorezca la conducción equilibrada del calor, haciendo que el grado de temperatura en todas las partes del PCB sea más consistente y la diferencia de temperatura sea menor, manteniendo la tensión térmica interna consistente en todas partes del pcb. Al mismo tiempo, también se puede hacer que el grado de deformación general del PCB sea consistente, porque la diferencia de temperatura es pequeña y la diferencia de deformación general del PCB es pequeña. ¡¡ es precisamente debido a la disipación uniforme de calor y la pequeña deformación que ayuda a reducir la tasa de falla y mejorar la fiabilidad y la vida útil! La figura 2 muestra cuatro capas de placas de circuito impreso enterradas con dos capas de núcleos metálicos simétricos, es decir, conectando placas metálicas entre l1 y l2, L3 y l4, formando una estructura simétrica de cuatro capas de placas de circuito impreso de núcleos metálicos, que garantiza la conducción equilibrada del calor en el interior del pcb, haciendo que las temperaturas en cada Parte del Interior del PCB sean relativamente consistentes, o logrando tanto una reducción de la temperatura como una pequeña deformación. Si la diferencia de temperatura dentro de la placa de circuito impreso sigue siendo grande (especialmente entre las capas l2 y L3 es muy alta), se puede agregar una placa de núcleo metálico entre las capas l2 y L3 para resolver este problema, formando una placa de cuatro capas con una estructura de núcleo metálico de tres capas. ¡¡ si no se cumplen los requisitos para reducir la temperatura y la deformación, incluso aumentar el espesor (como 1,25 veces, 1,5 veces y 2 veces, etc.) entre los núcleos metálicos l2 y L3 para resolverlo! Cuando la alta densidad y la alta frecuencia del PCB no son muy altas, o cuando el aumento de temperatura en el interior del PCB no es muy alto, pero se debe usar un núcleo metálico para reducir el calor, se puede usar una capa de núcleo metálico para lograr el objetivo. ¡En la figura 1 solo se puede enterrar una capa de núcleo metálico entre la segunda capa (l2) y la tercera capa (l3), ¡ debido a que el metal enterrado se encuentra en el Centro de la estructura de pcb, se puede lograr una conducción térmica equilibrada y simétrica!

Por analogía, varios tipos de laminados impresos con buena conductividad térmica y pequeña deformación se pueden instalar en seis, ocho, etc., con una estructura de núcleo metálico conductor térmico.

Debido a la Alta densidad, la alta frecuencia y la alta potencia de los componentes, los laminados impresos de núcleo metálico enterrados asimétricos se despliegan de manera diferente o diferente en cada lugar del pcb, lo que resulta en grandes diferencias en el aumento de temperatura en cada área del pcb, lo que hace que cada lugar del PCB afecte el rendimiento y la fiabilidad en términos de expansión y contracción de diferentes tamaños, Estado de deformación y tensión interna. ¡Sin embargo, los núcleos metálicos (láminas, bloques, etc.) enterrados en diferentes posiciones de la tela de PCB se pueden llevar a cabo para la conducción térmica, aumentando la alta temperatura local, haciendo que la temperatura general del PCB tiende a ser la misma, o la diferencia de temperatura del PCB es básicamente la misma, ¡ lo que puede mejorar significativamente el rendimiento y la fiabilidad del pcb!

La estructura del núcleo metálico enterrada en un lado del PCB puede ser una estructura térmica de núcleo metálico no enterrada entre L3 y l4 (ya que L3 y l4 no son diseños de alta densidad y alta frecuencia) debido a la disposición del dispositivo de alta densidad, alta frecuencia o alta potencia de los lados del PCB (l1 y L2 como se muestra En la figura 2), por lo que puede aparecer un problema de alta temperatura entre l1 y l2 y entre l2 y l3, mientras que entre L3 y l4 (ya que L3 y l4 no son diseños de alta densidad y alta frecuencia). Esto forma una placa de circuito impreso asimétrica enterrada en el núcleo metálico.

¡Debido a que una capa o parte de la superficie (local) dentro de la placa de PCB tiene una alta densidad, la alta frecuencia o la superficie están equipadas con elementos de alta potencia, lo que a menudo conduce a la aparición de fenómenos locales de alto calor, ¡ por lo tanto, acelerar la transferencia de calor en la placa metálica (bloque, columna) de La placa de PCB enterrada localmente, reducir la temperatura local y hacer que el aumento general de la temperatura de la placa de PCB sea básicamente el mismo! ¡¡ el objetivo es garantizar que los PCB puedan funcionar de manera segura, confiable y de larga vida!

En resumen, de acuerdo con la distribución térmica de los PCB y las características estructurales de los núcleos metálicos enterrados, se decide utilizar estructuras simétricas, asimétricas y locales.

Ventajas de los PCB de núcleo metálico:

En muchos aspectos, los LED son como cualquier otro componente instalado en una placa de circuito. Si solo hay unos pocos led, como los indicadores verdes y rojos para encender y apagar la fuente de alimentación, no hay nada especial al colocar el pcb. Sin embargo, hay algunas soluciones de iluminación que permiten encender LED o LED de matriz larga durante mucho tiempo. Mantener estos equipos enfriados para evitar fallos prematuros o riesgos de Seguridad puede ser un problema importante. El enfriamiento eficiente también requiere garantizar una salida de luz consistente. Vale la pena convertir los PCB del tipo fr4 estándar a los PCB de aluminio mcpcb. Utiliza un sustrato de fórmula especial para mejorar la fiabilidad de los diseños que funcionan bajo el tem

La temperatura está por encima de lo normal. El sustrato no se utiliza estrictamente como superficie de montaje de varios componentes, sino que absorbe activamente el calor de los componentes en funcionamiento térmico para emitir calor de manera efectiva y segura a las capas relevantes de la placa de circuito. Los mcpcb han demostrado ser una excelente solución para enfriar los PCB con un gran número de led. Es fundamental comprender las placas de vidrio Epóxido estándar y las diferencias entre ellas.

Aplicación de PCB de núcleo metálico:

Iluminación led: los mcpcb suelen ser adecuados para aplicaciones que producen grandes cantidades de calor, y los ventiladores tradicionales no pueden eliminar eficazmente el calor. A menudo encontramos mcpcb en la tecnología LED porque nos permiten reducir la cantidad de LED necesarios para una cierta cantidad de iluminación y reducir el calor generado.

Automóviles: reguladores de energía automotriz, interruptores de encendido, convertidores de interruptores, dispositivos ópticos variables, etc., utilizan PCB metálicos. Equipo de alimentación: convertidor de alimentación, regulador de tensión de conmutación, conversión de energía de alta densidad.

Militares y aeroespaciales: los PCB en aplicaciones militares y aéreas deben ser capaces de soportar temperaturas extremas, ciclos térmicos y humedad. Además, deben soportar frecuentes choques mecánicos. Por lo tanto, utilizamos mcpcb porque cumplen con estos requisitos de servicio y permiten una mayor integridad estructural. Su alta conductividad térmica garantiza una distribución uniforme de la temperatura en estas placas. Por lo tanto, pueden soportar mejor el ciclo térmico y evitar que los puntos calientes se formen cerca de los componentes activos.

PCB de núcleo metálico

Comparación entre los PCB de núcleo metálico y los PCB estándar:

Conductividad térmica: los PCB estándar tienen una conductividad térmica más baja, generalmente alrededor de 0,3w, mientras que los mcpcb tienen una conductividad térmica más alta, con un rango de 1 - 2w.

A través del agujero: el a través del agujero suele ser necesario en los PCB estándar, pero puede que no sea necesario en los mcpcb.

Disipación de calor: la disipación de calor en el PCB estándar generalmente requiere agujeros, lo que resulta en ciclos de perforación más largos y procesos adicionales. Sin embargo, los mcpcb no requieren procesos de perforación, galvanoplastia o depósito, ya que el núcleo metálico puede disipar eficazmente el calor.

Capa de bloqueo de soldadura: la capa de bloqueo de soldadura en el PCB estándar suele ser oscura, como negra, verde, azul y roja. por lo tanto, la capa de bloqueo de soldadura se aplica tanto en la parte superior como en la parte inferior del PCB estándar. Por el contrario, en el mcpcb, solo la parte superior está cubierta con una máscara de soldadura, generalmente blanca.

Espesor: debido a la pila de capas y la combinación de varios materiales, el rango de espesor de los PCB estándar es muy amplio. Sin embargo, debido al espesor dieléctrico disponible y el espesor de la placa posterior, las variaciones de espesor de los mcpcb suelen ser limitadas.

Proceso de fabricación: los PCB estándar utilizan procesos de fabricación tradicionales como cableado, orificios de chapado, perforación y grabado en V. sin embargo, se necesitan hojas de Sierra recubiertas de diamante para grabar en V los mcpcb, ya que el corte de metales requiere herramientas afiladas.

Asuntos que deben considerar los fabricantes de pcb:

Hay algunas consideraciones de procesamiento en la fabricación de mcpcb, pero siempre y cuando entiendas cómo funciona el material y mantengas el diseño en un tipo SMT de una sola capa, el diseño de tu placa de circuito no debe ser muy diferente del diseño de cualquier otra placa de chip único y PCB de varias capas. Si descubre que no se puede enrutar el diseño a una sola capa, tenga en cuenta que otras configuraciones mcpcb también son posibles, aunque no están dentro del alcance de este artículo. Estas medidas incluyen:

Placa PTH de 2 capas con aluminio en el interior (esto requiere costosos pasos de preperforación / relleno de aislamiento / reapertura para crear agujeros recubiertos que no cortocircuiten).

Placas A2 o más, fabricadas de acuerdo con el proceso estándar de pcb, pero con un material dieléctrico térmico en lugar de fr4, y placas traseras metálicas laminadas en la parte inferior para la transferencia de calor.

Mcpcb puede ser una buena solución cuando el diseño prioriza el enfriamiento de múltiples led. Son cada vez más comunes en diversas aplicaciones de iluminación, incluidos hogares, lugares de trabajo y vehículos. Aunque están sujetos a ciertas restricciones de diseño, el proceso de fabricación es diferente al de la mayoría de los demás PCB y es un poco más simple.

Lo anterior es una introducción a los PCB de núcleo metálico.