PCB Блог - Знакомство с металлическим PCB

Металлический сердечник pcb заменяет эпоксидную стеклянную ткань металлической пластиной равной толщины, которая специально обрабатывается, чтобы проводные схемы с обеих сторон золотого сеанса соединялись друг с другом и были сильно изолированы от металлической части. Преимущество печатной пластины с металлическим сердечником заключается в теплоотдаче и хорошей стабильности размера, поскольку магнитные материалы, такие как алюминий и железо, имеют защитный эффект, который предотвращает взаимные помехи.

Расположение и конструкция ПХБ с металлическим сердечником

Печатная пластина с металлическим сердечником представляет собой конструкцию, которая удерживает металлическую пластину в диэлектрическом слое печатной пластины, и ее структура может быть разнообразной. Как правило, существуют три структуры: (1) симметричная структура расположения металлического сердечника; (2) Асимметричная структура макета; (3) Локальная структура макета.

Под "симметрией" понимается структура или толщина среды, заложенной в металлический сердечник с обеих сторон печатной платы.

В ПХБ высокой плотности и высокой частоты существует разная степень нагрева и повышения температуры, поэтому количество слоев и структура, заложенных в металлический сердечник, могут быть разными. Поскольку большинство встроенных металлических сердечников находятся в многослойных ПХД, существуют многослойные симметричные металлические сердечники PCB и однослойные металлические сердечники PCB.

Примечание: Термин « симметрия» здесь относится к структуре, которая обеспечивает более сбалансированную теплопередачу в PCB!

Симметрично встроенная конструкция металлического сердечника образуется путем включения металлического сердечника в двустороннюю пластину или покрытия медной пластиной металлическим сердечником, как показано на рисунке 1. Использование этой структуры не только имеет высокую теплопроводность, но, что более важно, имеет преимущества малой деформации, хорошей выравнивания и высокой надежности, что очень полезно для установки или развертывания мощных элементов и случаев высокой плотности!

Теплопроводность многослойных пластин с симметрично зарытыми металлическими сердечниками, когда температура или теплота внутри многослойной печатной платы высоки, но степень повышения температуры в разных местах одинакова или не сильно различается, или из - за высокой плотности, высокой частоты и мощности, но общее повышение температуры PCB сбалансировано, и эти структуры могут быть использованы с симметрично зарытыми металлическими сердечниками, которые варьируются.

В многослойных печатных платах компоновка высокой плотности или высокой частоты более рациональна и однородна, и, хотя общая теплота высока, степень высокой температуры в общем диэлектрическом слое PCB одинакова или близка к той же. В таких случаях и условиях следует использовать многослойную симметричную структуру теплопроводности (металлический сердечник), способствующую сбалансированной теплопроводности, так что температура во всех частях PCB более последовательна, разница температур меньше, так что тепловое внутреннее напряжение во всех местах PCB остается одинаковым. В то же время, общая степень деформации PCB также может быть одинаковой, потому что разница температур мала, а общая разница деформации PCB мала. Именно из - за равномерного охлаждения, небольшой деформации, чтобы помочь снизить частоту отказов, повысить надежность и срок службы! На рисунке 2 показана четырехслойная печатная плата с двумя слоями симметричного металлического сердечника, т.е. соединяющая металлическую пластину между L1 и L2, L3 и L4, образуя симметричную структуру четырехслойной печатной платы с металлическим сердечником, которая обеспечивает сбалансированную теплопроводность внутри PCB, делает температуру во всех частях PCB относительно одинаковой, а также обеспечивает как снижение температуры, так и выполнение требований небольшой деформации. Если перепад температур внутри печатной платы все еще велик (особенно между L2 и L3), можно добавить металлические стержневые пластины между слоями L2 и L3, чтобы решить эту проблему, образуя четырехслойную пластину с трехслойной структурой металлического сердечника. Если требования по снижению температуры и деформации не выполняются, то даже увеличение толщины между металлическими стержнями L2 и L3 (например, 1,25, 1,5 и 2 раза и т. Д.) устраняется! Когда высокая плотность и высокая частота PCB не очень высоки или когда повышение температуры внутри PCB не очень велико, но необходимо использовать металлический сердечник для уменьшения тепла, можно использовать слой металлического сердечника для достижения цели. На рисунке 1 можно заложить только один слой металлического сердечника между вторым (L2) и третьим (L3) слоями, так как погребенный металл находится в центре структуры PCB, что обеспечивает сбалансированную симметричную теплопроводность!

По аналогии различные типы печатных ламинатов с хорошей теплопроводностью и небольшой деформацией могут быть установлены в шестислойной, восьмислойной и т. Д. С теплопроводной металлической конструкцией сердечника.

Из - за высокой плотности, высокой частоты и высокой мощности элемента асимметричное погруженное металлическое сердечниковое прессование в каждом месте PCB развертывается по - разному или сильно различается, что приводит к большой разнице в повышении температуры в каждой области PCB, что приводит к тому, что каждая часть PCB влияет на производительность и надежность с точки зрения расширения и усадки, деформации и внутреннего напряжения разных размеров. Тем не менее, металлические сердечники (пластины, блоки и т. Д.), погребенные в разных положениях ткани PCB, могут быть подвергнуты теплопроводности, а местная температура может быть повышена, чтобы общая температура PCB соответствовала, или разность температур PCB в основном одинакова, что может значительно улучшить производительность и надежность PCB!

Структура с металлическим сердечником, погребенная на одной стороне PCB, может отсутствовать между L1 и L2, а также между L2 и L3 (поскольку L3 и L4 не являются высокоплотными и высокочастотными макетами) из - за высокой плотности, высокой частоты или высокой мощности устройства на боковой стороне PCB (как показано на рисунке 2). Таким образом, образуется асимметричная печатная плата, погребенная в металлическом сердечнике.

Из - за высокой плотности слоя или части поверхности (локального) внутри пластины PCB, высокочастотные или поверхностные элементы большой мощности установлены, что часто приводит к возникновению локальных высокотемпературных явлений, поэтому в локально погребенных пластинах PCB (блоках, колоннах) увеличивается скорость теплопередачи, уменьшается местная температура, так что общее повышение температуры PCB в основном одинаково! Цель - обеспечить, чтобы PCB работал безопасно, надежно и долго!

Короче говоря, в зависимости от распределения тепла PCB и структурных характеристик погребенных металлических сердечников, было решено использовать симметричные, асимметричные и локальные макеты структуры.

Преимущества металлического PCB:

Во многих отношениях светодиоды похожи на любые другие компоненты, установленные на платы. Если есть только несколько светодиодов, таких как зеленые и красные индикаторы для включения и выключения питания, нет ничего особенного при размещении PCB. Тем не менее, есть некоторые световые решения, которые позволяют светодиодам или длинным массивам светодиодов включаться в течение длительного времени. Поддержание охлаждения этих устройств для предотвращения преждевременных сбоев или рисков безопасности может быть серьезной проблемой. Эффективное охлаждение также требует последовательного выхода света. Преобразование PCB из стандартного типа FR4 в алюминиевый PCB класса MCPCB является достойным вариантом. Он использует специальную формулу основы для повышения надежности конструкции, работающей под TEM

Температура выше нормы. Базовая плата не используется строго в качестве монтажной поверхности для различных компонентов, но активно поглощает тепло от тепловых компонентов, чтобы эффективно и безопасно излучать тепло в соответствующие слои платы. MCPCB оказался отличным решением для охлаждения PCB с большим количеством светодиодов. Важно понимать стандартные эпоксидные стеклянные пластины и различия между ними.

Применение металлических PCB:

Светодиодная подсветка: MCPCB обычно подходит для приложений, которые производят большое количество тепла, а традиционные вентиляторы не могут эффективно устранить тепло. Мы часто находим MCPCB в светодиодных технологиях, потому что они позволяют нам уменьшить количество светодиодов, необходимых для определенного количества освещения, и уменьшить количество производимого тепла.

Автомобили: автомобильные регуляторы питания, переключатели зажигания, переключатели переключателей, переменные оптические устройства и т. Д. Используются металлические PCB. Оборудование питания: преобразователь питания, стабилизатор переключателя, преобразование источника питания высокой плотности.

Военные и аэрокосмические: ПХБ для военных и авиационных применений должны выдерживать экстремальные температуры, тепловой цикл и влагу. Кроме того, они должны выдерживать частые механические удары. Поэтому мы используем MCPCB, поскольку они отвечают этим требованиям к обслуживанию и позволяют повысить структурную целостность. Их высокая теплопроводность обеспечивает равномерное распределение температуры на этих пластинах. Таким образом, они могут лучше выдерживать тепловой цикл и предотвращать образование горячих точек вблизи активных элементов.

Металлический сердечник PCB

Сравнение металлических сердечников PCB и стандартных PCB:

Коэффициент теплопроводности: стандартный ПХБ имеет более низкий коэффициент теплопроводности, обычно около 0,3 Вт, в то время как MCPCB имеет более высокий коэффициент теплопроводности в диапазоне 1 - 2 Вт.

Проницаемое отверстие: обычно требуется сквозное отверстие в стандартном PCB, но может не понадобиться в MCPCB.

Теплоотвод: для отвода тепла в стандартных ПХБ обычно требуется отверстие, что приводит к более длительным циклам бурения и дополнительным процессам. Тем не менее, MCPCB не требует процесса бурения, гальванизации или осаждения, поскольку металлический сердечник может эффективно рассеивать тепло.

Устойчивый сварочный слой: сварочный слой в стандартном PCB обычно темный, например, черный, зеленый, синий и красный. Таким образом, сварочный слой применяется в верхней и нижней частях стандартного PCB. Для сравнения, в MCPCB только верхняя часть покрыта шаблоном сварного материала, обычно белым.

Толщина: Стандартный диапазон толщины PCB очень широк из - за стека слоев и различных комбинаций материалов. Однако из - за доступной толщины диэлектрика и толщины задней панели изменения толщины MCPCB обычно ограничены.

Производственный процесс: Стандартные ПХБ используют традиционные производственные процессы, такие как проводка, отверстие для обшивки, бурение и V - образные царапины. Однако для нанесения V - образных царапин на MCPCB требуются пилы с алмазным покрытием, поскольку для резки металла требуется острый инструмент.

Что нужно учитывать производителям PCB:

Производство MCPCB имеет некоторые соображения обработки, но до тех пор, пока вы понимаете принцип работы материала и сохраняете дизайн в однослойном типе SMT, дизайн вашей платы не должен сильно отличаться от дизайна любой другой одночиповой платы, многослойной PCB. Если вы обнаружите, что маршрутизация дизайна на один уровень невозможна, обратите внимание, что другие конфигурации MCPCB также возможны, хотя они не подпадают под действие этой статьи. Эти меры включают:

2 - слойная пластина PTH с алюминием изнутри (для этого требуются дорогостоящие этапы предварительного бурения / наполнения изоляции / повторного бурения, чтобы создать сквозное отверстие без короткого замыкания).

Слоистые пластины A2 или более, изготовленные в соответствии со стандартным процессом PCB, но с использованием теплодиэлектрического материала вместо FR4, и слоистые металлические задние панели на дне для теплопередачи.

Когда при проектировании приоритет отдается охлаждению нескольких светодиодов, MCPCB может быть отличным решением. Они становятся все более распространенными в различных приложениях освещения, включая дома, рабочие места и транспортные средства. Несмотря на некоторые конструктивные ограничения, производственный процесс отличается от большинства других ПХБ и несколько проще.

Выше приведена информация о металлических PCB.