Progettazione PCB - La base della progettazione e produzione di PCB con nucleo metallico

I PCB a nucleo metallico non sono molto comuni nei prodotti di consumo, ma abbondano in industria, aerospaziale, sistemi di illuminazione, elettronica di potenza e altri campi che richiedono alta affidabilità. I sistemi ad alta potenza generano molto calore e il calore deve essere rimosso rapidamente per evitare guasti dei componenti. Analogamente, i sistemi a bassa potenza possono essere esposti a calore elevato e il calore deve essere rimosso rapidamente per evitare danni ai circuiti stampati e ai componenti. Il design del PCB a nucleo metallico (incluso DFM) segue molte delle stesse regole di progettazione di base dei PCB tipici su FR4. Se si desidera progettare un nuovo prodotto in una delle aree di cui sopra, potrebbe essere necessario utilizzare una scheda di nucleo metallico per controllare la temperatura. In questo articolo, introdurrò brevemente la struttura del PCB a nucleo metallico e alcuni punti di progettazione importanti da considerare prima di pianificare di utilizzare il design PCB a nucleo metallico. Queste schede presentano requisiti di produzione speciali, ma una società di progettazione adatta può aiutare a soddisfare questi requisiti e garantire che il PCB possa essere prodotto in serie. Applicazione del design del PCB del centro metallico PCB del centro metallico possono trovare il loro posto in quasi tutte le applicazioni che generano molto calore quando il dispositivo è in esecuzione. Queste piastre non sono un sostituto ideale per la ceramica perché sono un'opzione a basso costo e forniscono una maggiore conducibilità termica per rimuovere il calore da componenti importanti. Sono spesso un punto di partenza quando si cerca circuiti stampati per sistemi con forti capacità di dissipazione del calore. Alcune applicazioni del PCB del nucleo metallico includono: unità di illuminazione a LED: di solito una scheda con LED ad alta potenza è prodotta su un PCB del nucleo metallico. Queste schede forniscono una solida base per LED ad alta potenza (SMD e foro passante) mentre dissipano calore elevato nella scheda del nucleo metallico. Conversione e gestione dell'energia: I veicoli ibridi, le attrezzature industriali, le apparecchiature di telecomunicazione delle stazioni base e i sistemi municipali di distribuzione dell'energia funzionano tutti ad alta potenza. In questi campi, i PCB del nucleo metallico sono comuni. Apparecchiature per l'energia solare: Le apparecchiature per l'energia solare devono essere particolarmente robuste e funzionare ad alte temperature e ad alta tensione/corrente CC. Progetti PCB simili possono essere implementati in impianti geotermici. Militari (ad esempio, sommergibili, aerei): I PCB a nucleo metallico possono dissipare rapidamente il calore, mantenendo l'elettronica lontana dalle apparecchiature elettroniche che possono essere situate vicino a fonti di calore elevate come motori o sistemi di scarico. In molti altri settori, l'elevata affidabilità e la rigidità strutturale sono anche cruciali, il che rende le schede metalliche core una scelta eccellente. Una volta che si inizia a studiare i requisiti di impilamento e layout di queste schede, diventa meno ovvio come effettivamente progettarle. Possono essere fatte schede di nucleo metallico multistrato? Può essere bifacciale? Come trattare con vias nel processo di produzione? Queste sono tutte questioni importanti relative al DFM dei PCB a nucleo metallico.

DFM per PCBA a nucleo metallico con altre schede PCB, se si desidera garantire un ciclo di produzione di successo, è necessario seguire specifiche linee guida DFM. Il processo utilizzato per le schede di nucleo metallico è diverso dal tipico processo di impilamento PCB che coinvolge laminati in vetro intrecciato, quindi tendono ad adottare diverse regole DFM. La figura seguente mostra una pila tipica di un PCB a nucleo metallico bifacciale. Si prega di notare che la pila può essere tecnicamente adattata come una scheda multistrato, dove il nucleo metallico ha più dielettrici su ogni lato. Oppure, è possibile rendere il circuito stampato unilaterale, lasciando il retro del nucleo metallico esposto. Quando si progetta un PCB con nucleo metallico, i seguenti sono i punti di produzione a cui è necessario prestare attenzione:Terra con nucleo metallico Il supporto metallico sul PCB può funzionare come un grande piano di terra o un grande dissipatore di calore. Se la scheda ha bisogno di utilizzare un modulo di circuito ad alta velocità / ad alta frequenza, utilizzando la piastra metallica posteriore come piano di terra più grande può fornire una certa schermatura. Se sulla scheda viene utilizzato un piano di potenza, può anche fornire una certa capacità piana. Inoltre, il nucleo metallico può essere utilizzato come un grande dissipatore di calore, soprattutto se è esposto. Quest'ultimo aspetto è molto utile quando la scheda deve essere installata vicino ad una fonte di calore elevata. In questo caso, quando si collega il lato superiore a un alimentatore standard, è meglio non mettere a terra il lato posteriore. Ciò impedisce i cicli di terra. Questo dissipa anche il calore direttamente nel dissipatore di calore molto grande, che aiuta a ridurre la temperatura superficiale. Foro su un singolo panelIl foro può essere posizionato sul PCB del nucleo metallico, sia come foro di montaggio, o come foro passante standard su una scheda bifacciale. Se i fori sono utilizzati solo per montare componenti passanti su un unico pannello, questi fori non devono essere placcati per evitare cortocircuiti. Questo viene fatto facendo fori nei fori di montaggio e riempiendo i fori con epossidica o gel non conduttivi. Quindi, collegare il foro in modo che possa essere installato sul livello superiore. Foro su scheda bifaccialeIn un PCB a nucleo metallico bifacciale, alcuni componenti possono essere installati su entrambi i lati e vias placcati devono essere posizionati tra gli strati del segnale. Pre-foratura - riempimento isolante - ri-foratura - processo di galvanizzazione per formare placcato attraverso fori, quindi alcune difficoltà saranno incontrate nella produzione. Questo processo richiederà tempo aggiuntivo e causerà costi aggiuntivi, ma è progettato per evitare il corto attraverso vias. Nel layout PCB, è meglio utilizzare anti-pad per indicare l'area intorno alla via che deve essere riempita con materiale isolante di riempimento. Assicurarsi di regolare le dimensioni della maschera di saldatura via per conformarsi allo standard IPC-2221. DFM non è molto diverso dal PCB standard in altri aspetti della progettazione del PCB con nucleo metallico, anche se gli strumenti CAD non sono utilizzati per progettare questi circuiti stampati. Il front-end delle apparecchiature elettroniche di potenza deve seguire alcune piccole regole, in particolare IPC-2221 (regole di scorrimento e rilascio), così come altri standard per la difesa e aerospaziale