Blogue PCB - Comprendre Metal Core PCB

Le noyau métallique PCB est une plaque de tissu de verre époxy remplacée par une plaque métallique d'épaisseur comparable, qui a subi un traitement spécial pour que les circuits conducteurs des deux côtés de la plaque de session d'or soient interconnectés et hautement isolés de la partie métallique. Les avantages de la plaque d'impression à noyau métallique sont la dissipation thermique et une bonne stabilité dimensionnelle, en raison de l'effet de blindage des matériaux magnétiques tels que l'aluminium, le fer et d'autres, qui peuvent empêcher les interférences mutuelles.

Disposition et structure des PCB à noyau métallique

La plaque d'impression à coeur métallique est une structure qui clipse la plaque métallique dans la couche média de la plaque d'impression, dont la structure peut être variée. En général, il existe trois types de structures: (1) Structure symétrique de la disposition du noyau métallique; (2) La structure asymétrique de la disposition; (3) structure locale de la disposition.

Par « symétrique », on entend que la structure ou le support dans lequel est noyé le noyau métallique de part et d'autre de la carte de circuit imprimé a la même épaisseur.

Dans les PCB haute densité et haute fréquence, il existe différents degrés de génération de chaleur et d'élévation de température, de sorte que le nombre de couches et la structure du noyau métallique enterré peuvent varier. Comme la plupart des noyaux métalliques enterrés sont dans des PCB multicouches, il existe des PCB multicouches à noyau métallique symétrique et des PCB à noyau métallique monocouche.

Remarque: le mot « symétrique » fait ici référence à une structure permettant un transfert de chaleur plus équilibré au sein du PCB!

La structure d'âme métallique enterrée symétrique est formée par clipsage d'une âme métallique dans un panneau double face ou par revêtement d'une plaque de cuivre à l'aide d'une âme métallique, comme représenté sur la figure 1. L'utilisation d'une telle structure présente non seulement une conductivité thermique élevée, mais surtout les avantages d'une faible déformation, d'une bonne planéité et d'une grande fiabilité, très favorables à l'installation ou au déploiement d'éléments de forte puissance et d'occasions à haute densité!

Conductivité thermique de la plaque multicouche de la structure de noyau métallique enterrée symétrique lorsque le degré d'élévation de température ou de génération de chaleur à l'intérieur de la plaque de circuit imprimé multicouche est élevé, mais le degré d'élévation de température est le même ou varie peu d'un endroit à l'autre, ou en raison de l'occasion de haute densité, haute fréquence et haute puissance, mais l'augmentation de température de l'ensemble du PCB est équilibrée, la structure de noyau métallique enterrée symétrique peut être utilisée, ces structures varient.

Dans la carte de circuit imprimé multicouche, la haute densité ou la disposition à haute fréquence est plus raisonnable et uniforme, bien que la chaleur globale soit élevée, mais le degré de haute température dans la couche diélectrique globale de PCB est le même ou presque le même. Dans ce cas et dans ces conditions, la structure de conduction thermique symétrique multicouche (noyau métallique) devrait être adoptée, favorisant la conduction équilibrée de la chaleur, rendant le degré de température plus cohérent dans chaque partie du PCB, la différence de température est plus petite, de sorte que la contrainte interne thermique dans tout le PCB reste cohérente. Dans le même temps, il est également possible de rendre le degré de déformation global du PCB cohérent, car la différence de température est faible et la différence de déformation globale du PCB est faible. C'est parce que la dissipation de chaleur est uniforme et que la déformation est faible que cela contribue à réduire le taux d'échec et à améliorer la fiabilité et la durée de vie! La figure 2 montre une carte de circuit imprimé à quatre couches enterrée avec deux couches d'âme métallique symétrique, c'est - à - dire reliant les plaques métalliques entre L1 et l2, L3 et l4, formant une structure symétrique de la carte de circuit imprimé à quatre couches d'âme métallique, une structure qui peut garantir une conduction équilibrée de la chaleur à l'intérieur du PCB, rendre les températures relativement constantes dans les parties internes du PCB, et permettre à la fois de réduire la température et de répondre aux exigences de faible déformation. Si la différence de température au sein de la carte de circuit imprimé est encore importante (en particulier la température entre l2 et L3 est élevée), il est possible de résoudre ce problème en ajoutant une plaque à coeur métallique entre les couches L2 et L3, formant une plaque à quatre couches avec une structure à coeur métallique à trois couches. Si les exigences de réduction de la température et de déformation ne peuvent pas être satisfaites, même augmenter l'épaisseur (par exemple 1,25 fois, 1,5 fois, 2 fois, etc.) entre les tôles à âme métallique L2 et L3 pour le résoudre! Lorsque la haute densité et les hautes fréquences du PCB ne sont pas très élevées, ou lorsque le degré d'élévation de température à l'intérieur du PCB n'est pas très élevé, mais qu'un noyau métallique doit être utilisé pour réduire la chaleur, une couche de noyau métallique peut être utilisée pour atteindre cet objectif. Il est possible de n'enterrer sur la figure 1 qu'une seule couche d'âme métallique entre la deuxième couche (L2) et la troisième couche (L3), ce qui permet d'obtenir un effet de conduction thermique symétrique équilibré grâce au métal enterré situé au centre de la structure PCB!

Par analogie, différents types de stratifiés imprimés avec une bonne conductivité thermique et de petites déformations peuvent être montés dans des panneaux à six couches, des panneaux à huit couches, etc., avec une structure à âme métallique thermiquement conductrice.

Le stratifié d'impression de noyau métallique enterré asymétrique en raison de la densité élevée, de la fréquence élevée et de la puissance élevée de l'élément, le déploiement dans chaque endroit du PCB est différent ou différent, ce qui entraînera une grande différence d'élévation de température dans chaque zone du PCB, ce qui entraînera une expansion et une contraction de différentes tailles, un état de déformation et des contraintes internes. Chaque endroit du PCB affecte les performances et la fiabilité. Mais le noyau métallique enterré à différents endroits du tissu de PCB (puce, bloc, etc.) peut être thermiquement conducteur, élever la température locale élevée pour que la température globale du PCB converge, ou la différence de température du PCB est fondamentalement la même, ce qui peut améliorer considérablement les performances et la fiabilité du PCB!

La structure de coeur métallique dans laquelle le PCB est enterré d'un côté permet de ne pas enterrer la structure de conduction thermique de coeur métallique entre L3 et l4 car les côtés du PCB (comme L1 et l2 sur la figure 2 ont une disposition de dispositif à haute densité, haute fréquence ou haute puissance, de sorte que les Problèmes thermiques élevés se posent entre L1 et l2 et entre l2 et L3, tandis que les phénomènes thermiques élevés ne se produisent pas entre L3 et l4 (puisque L3 et l4 ne sont pas des dispositions à haute densité et haute fréquence). On forme ainsi une carte de circuit imprimé à âme métallique enterrée asymétrique.

En raison de la densité élevée d'une couche ou d'une partie de la couche superficielle (localement) à l'intérieur de la carte PCB, les hautes fréquences ou la surface sont équipées d'éléments de forte puissance, ce qui tend à provoquer l'apparition de phénomènes thermiques locaux élevés, de sorte que le transfert de chaleur est accéléré Dans la plaque métallique (bloc, colonne) du PCB enterré localement, réduisant la température locale, de sorte que l'augmentation globale de la température du PCB est sensiblement la même! L'objectif est de s'assurer que les PCB fonctionnent en toute sécurité, de manière fiable et avec une longue durée de vie!

En conclusion, en fonction de la distribution thermique du PCB et des caractéristiques structurelles du noyau métallique enterré, il a été décidé d'utiliser des structures symétriques, asymétriques et disposées localement.

Avantages de metal Core PCB:

À bien des égards, les LED sont comme tout autre composant monté sur une carte. S'il n'y a que quelques LED, par exemple des voyants verts et rouges pour l'allumage et l'extinction de l'alimentation, il n'y a rien de spécial dans la disposition des PCB. Cependant, il existe des solutions d'éclairage qui peuvent laisser les LED ou les LED d'une longue rangée allumées pendant une longue période. Garder ces appareils au frais pour éviter les pannes prématurées ou les risques pour la sécurité peut être un problème majeur. Un refroidissement efficace doit également assurer un rendement lumineux constant. La conversion de PCB de type fr4 standard en PCB en aluminium de type mcpcb est un choix intéressant. Il utilise des substrats spécialement formulés pour améliorer la fiabilité des conceptions fonctionnant en TEM

La température est supérieure à la normale. Le substrat n'est pas strictement utilisé comme surface de montage pour les différents composants, mais absorbe activement la chaleur des composants fonctionnant à chaud pour dissiper efficacement et en toute sécurité la chaleur dans les couches associées de la carte. Mcpcb s'est avéré être une excellente solution pour refroidir les PCB avec beaucoup de LED. Il est essentiel de comprendre les feuilles de verre époxy standard et les différences entre elles.

Application de PCB à noyau métallique:

Éclairage led: les mcpcb sont généralement adaptés aux applications produisant beaucoup de chaleur que les ventilateurs traditionnels ne peuvent pas éliminer efficacement. Nous trouvons souvent des mcpcb dans la technologie LED, car ils nous permettent de réduire le nombre de LED nécessaires pour une certaine quantité d’éclairage et de réduire la chaleur produite.

Automobile: régulateur de puissance automobile, interrupteur d'allumage, convertisseur de commutation, optique variable, etc., tous utilisent des PCB métalliques. Équipement de puissance: convertisseur de puissance, régulateur de commutation, conversion de puissance haute densité.

Militaire et aérospatiale: les PCB utilisés dans les applications militaires et aéronautiques doivent résister à des températures extrêmes, à des cycles thermiques et à l'humidité. De plus, ils doivent résister à des chocs mécaniques fréquents. Nous utilisons donc des mcpcb car ils répondent à ces exigences de service et permettent une plus grande intégrité structurelle. Leur conductivité thermique élevée assure une répartition homogène de la température sur ces plaques. Ils résistent ainsi mieux aux cycles thermiques, empêchant la formation de points chauds à proximité des éléments actifs.

PCB noyau métallique

Comparaison de metal Core PCB et PCB Standard:

Conductivité thermique: les PCB standard ont une conductivité thermique faible, généralement d'environ 0,3 W, tandis que les mcpcb ont une conductivité thermique élevée, allant de 1 à 2 W.

Vias plaqués: les Vias plaqués sont généralement nécessaires dans les PCB standard, mais peuvent ne pas être nécessaires dans les mcpcb.

Dissipation de chaleur: la dissipation de chaleur dans les PCB standard nécessite généralement des trous traversants, ce qui entraîne des cycles de forage plus longs et des processus supplémentaires. Cependant, mcpcb ne nécessite pas de processus de perçage, de placage ou de dépôt, car le noyau métallique peut dissiper efficacement la chaleur.

Couche de soudure bloquante: la couche de soudure bloquante dans un PCB standard est généralement de couleur sombre, comme le noir, le vert, le bleu et le rouge. Par conséquent, la couche de soudure bloquante a des applications en haut et en bas du PCB standard. En revanche, dans un mcpcb, seul le dessus est recouvert d'un masque de soudure, généralement blanc.

Épaisseur: grâce à l'empilement de couches et à diverses combinaisons de matériaux, les PCB standard ont une large gamme d'épaisseurs. Cependant, les variations d'épaisseur des mcpcb sont généralement limitées en raison de l'épaisseur de diélectrique disponible et de l'épaisseur du fond de panier.

Processus de fabrication: les circuits imprimés standard utilisent des processus de fabrication traditionnels tels que le câblage, les trous métallisés, le perçage et le marquage en v. cependant, une lame de scie revêtue de diamant est nécessaire pour le marquage en V du mcpcb, car des outils tranchants sont nécessaires pour couper le métal.

Ce que les fabricants de PCB doivent considérer:

Il y a quelques considérations de traitement pour la fabrication de mcpcb, mais tant que vous comprenez comment les matériaux fonctionnent et Gardez la conception dans un type SMT à couche unique, la conception de votre carte ne devrait pas être très différente de la conception de toute autre carte à puce unique, PCB multicouche. Si vous trouvez que vous ne pouvez pas Router votre conception vers une seule couche, Notez que d'autres configurations mcpcb sont possibles, bien qu'elles ne soient pas couvertes par cet article. Ces mesures comprennent:

2 couches de PTH avec de l'aluminium à l'intérieur (cela nécessite des étapes coûteuses de pré - perçage / remplissage d'isolation / re - perçage pour créer des trous de placage qui ne sont pas court - circuités).

Feuille A2 ou plus, fabriquée selon le procédé standard PCB, mais utilisant un matériau diélectrique chaud au lieu de fr4 et laminant une plaque arrière métallique au fond pour le transfert de chaleur.

Lorsque la conception priorise le refroidissement de plusieurs LED, mcpcb peut être une bonne solution. Ils sont de plus en plus courants dans diverses applications d'éclairage, y compris les maisons, les lieux de travail et les véhicules. Bien qu'ils soient soumis à certaines restrictions de conception, le processus de fabrication est différent et légèrement plus simple que la plupart des autres PCB.

Ci - dessus est une introduction à Metal Core PCB.