PCB部落格 - 瞭解金屬芯PCB

金屬芯pcb是用厚度相當的金屬板代替環氧玻璃布板，經過特殊處理，使金會話板兩側的導體電路相互連接，並與金屬部分高度絕緣。 金屬芯印製板的優點是散熱性和良好的尺寸穩定性，這是因為鋁、鐵等磁性材料具有遮罩作用，可以防止相互干擾。

金屬芯PCB的佈局和結構

金屬芯印製板是將金屬板夾在印製板介質層中的結構，其結構可以是多種多樣的。 一般來說，有三種結構：（1）金屬芯佈局的對稱結構； （2）佈局的不對稱結構； （3）佈局的局部結構。

對稱結構的金屬芯佈局所說的“對稱”是指印刷電路板兩側埋入金屬芯的結構或介質厚度相同。

在高密度和高頻PCB中，有不同程度的發熱和溫昇，囙此埋入金屬芯的層數和結構可能不同。 由於大多數埋入式金屬芯都在多層PCB中，囙此有多層對稱金屬芯PCB和單層金屬芯PCB。

注意：這裡的“對稱”一詞是指在PCB內實現更平衡傳熱的結構！

對稱埋入式金屬芯結構是通過將金屬芯夾在雙面板中或使用金屬芯覆銅板形成的，如圖1所示。 這種結構的使用不僅具有高導熱性，更重要的是具有變形小、平整度好、可靠性高等優點，非常有利於大功率元件和高密度場合的安裝或部署！

對稱埋置金屬芯結構的多層板的導熱性當多層印刷電路板內部的溫昇或發熱程度很高時，但各個地方的溫昇程度是相同的或差异不是很大，或者由於高密度、高頻和大功率的場合，但PCB整體的溫昇是平衡的，可以使用對稱埋置的金屬芯結構，這些結構各不相同。

在多層印刷電路板中，高密度或高頻佈局更為合理和均勻，雖然整體熱量很高，但整體PCB電介質層內的高溫程度是相同或接近相同的。 在這種情況和條件下，應採用多層對稱導熱（金屬芯）結構，有利於熱量的均衡傳導，使PCB各部位的溫度程度更加一致，溫差較小，使PCB各處的熱內應力保持一致。 同時，還可以使PCB整體變形程度一致，因為溫差小，PCB整體變形差异小。 正是因為散熱均勻，變形小，才有助於降低故障率，提高可靠性和使用壽命！ 圖2顯示了埋有兩層對稱金屬芯的四層印刷電路板，即在L1和L2、L3和L4之間連接金屬板，形成四層金屬芯印刷電路板的對稱結構，這種結構可以保證PCB內部熱量的平衡傳導，使PCB內部各部分的溫度相對一致，也可以實現既降低溫度，又滿足變形小的要求。 如果印刷電路板內的溫差仍然很大（特別是L2和L3之間的溫度很高），可以在L2和L3層之間添加金屬芯板來解决這個問題，形成具有三層金屬芯結構的四層板。 如果不能滿足降低溫度和變形的要求，甚至在L2和L3金屬芯板之間新增厚度（如1.25倍、1.5倍和2倍等）來解决！ 當PCB的高密度和高頻不是很高時，或者PCB內部的溫昇程度不是很高，但必須使用金屬芯來减少熱量時，可以使用一層金屬芯來達到目的。 可以在圖1中只在第二層（L2）和第三層（L3）之間埋入一層金屬芯，由於埋入的金屬位於PCB結構的中心，可以實現平衡對稱的導熱效果！

通過類比，具有良好導熱性和小變形的各種類型的印刷層壓板可以安裝在六層板、八層板等中，具有導熱金屬芯結構。

非對稱埋置金屬芯印刷層壓板由於密度高、頻率高和元件功率高等原因，在PCB的每個地方部署的不同或差异大，會導致PCB每個區域的溫昇差异大，導致PCB每個地方在不同尺寸的膨脹和收縮、變形狀態和內應力等方面影響效能和可靠性。 但可以將埋在PCB布不同位置的金屬芯（片、塊等）進行導熱，將局部高溫提升下來，使PCB的整體溫度趨於一致，或者PCB溫差基本相同，可以顯著提高PCB的效能和可靠性！

PCB埋在一側的金屬芯結構由於PCB的側面（如圖2所示的L1和L2具有高密度、高頻或大功率的器件佈局，囙此L1和L2之間以及L2和L3之間會出現高熱問題，而L3和L4之間（由於L3和L4不是高密度和高頻佈局）不會發生高熱現象，囙此可以在L3和L4間不埋金屬芯導熱結構。 從而形成不對稱的埋入金屬芯印刷電路板。

PCB局部埋置金屬芯結構由於PCB板內部的一層或部分表層（局部）具有很高的密度，高頻或表面安裝了大功率元件，這往往會導致局部高熱現象的發生，囙此在局部埋置PCB的金屬板（塊、柱）中加速傳熱，降低局部溫度，使PCB的整體溫昇基本相同！ 目標是確保PCB能够安全、可靠、長壽命地工作！

總之，根據PCB的熱分佈和埋入金屬芯的結構特點，决定使用對稱、非對稱和局部佈局的結構。

金屬芯PCB的優點：

在許多方面，LED就像安裝在電路板上的任何其他組件一樣。 如果只有幾個LED，例如用於電源打開和關閉的綠色和紅色指示燈，那麼在佈置PCB時也沒有什麼特別的。 然而，有一些照明解決方案可以使LED或長陣列的LED長時間開啟。 保持這些設備冷卻以防止過早故障或安全隱患可能是一個主要問題。 高效的冷卻還需要確保一致的光輸出。 將PCB從標準FR4類型轉換為MCPCB類鋁PCB是一個值得的選擇。 它使用特殊配方的基板來提高在tem下運行的設計的可靠性

溫度高於正常值。 基板並不嚴格用作各種組件的安裝表面，而是主動吸收來自熱運行組件的熱量，以有效和安全地將熱量散發到電路板的相關層中。 MCPCB已被證明是冷卻具有大量LED的PCB的優秀解決方案。 瞭解標準環氧玻璃板和它們之間的差异至關重要。

金屬芯PCB的應用：

LED照明：MCPCB通常適用於產生大量熱量的應用，傳統風扇無法有效消除熱量。 我們經常在LED科技中發現MCPCB，因為它們使我們能够减少一定照明量所需的LED數量，並减少產生的熱量。

汽車：汽車電源調節器、點火開關、開關轉換器、可變光學器件等，均使用金屬PCB。 電源設備：電源轉換器、開關穩壓器、高密度電源轉換。

軍事和航空航太：軍事和航空應用中的PCB必須能够承受極端溫度、熱迴圈和水分。 此外，它們必須承受頻繁的機械衝擊。 囙此，我們使用MCPCB，因為它們滿足這些服務要求，並允許更高的結構完整性。 它們的高導熱性確保了這些板上的溫度分佈均勻。 囙此，它們可以更好地承受熱迴圈，防止熱點在有源元件附近形成。

金屬芯PCB

金屬芯PCB和標準PCB的比較：

導熱係數：標準PCB的導熱係數較低，通常約為0.3W，而MCPCB的導熱係數較高，範圍在1-2W之間。

鍍通孔：標準PCB中通常需要鍍通孔，但MCPCB中可能不需要。

散熱：標準PCB中的散熱通常需要通孔，從而導致更長的鑽孔週期和額外的工藝。 然而，MCPCB不需要鑽孔、電鍍或沉積工藝，因為金屬芯可以有效散熱。

阻焊層：標準PCB中的阻焊層通常是深色的，如黑色、綠色、藍色和紅色。囙此，阻焊層在標準PCB的頂部和底部都有應用。 相比之下，在MCPCB中，只有頂部塗有焊料掩模，通常是白色的。

厚度：由於層堆疊和各種資料組合，標準PCB的厚度範圍很廣。 然而，由於可用的電介質厚度和背板厚度，MCPCB的厚度變化通常是有限的。

制造技術：標準PCB使用傳統的制造技術，如佈線、鍍通孔、鑽孔和V形刻痕。但是，需要金剛石塗層鋸片對MCPCB進行V形刻痕，因為切割金屬需要鋒利的工具。

PCB製造商需要考慮的事項：

MCPCB製造有一些處理考慮因素，但只要你瞭解資料的工作原理，並將設計保持在單層SMT類型，設計你的電路板應該與設計任何其他單晶片板、多層PCB沒有太大區別。 如果您發現無法將設計路由到單層，請注意，其他MCPCB配寘也是可能的，儘管它們不在本文的範圍內。 這些措施包括：

2層PTH板，內部有鋁（這需要昂貴的預鑽孔/填充絕緣/重新鑽孔步驟，以創建不會短路的鍍通孔）。

A2或更多層板，根據標準PCB工藝製造，但使用熱介電材料代替FR4，並在底部層壓金屬背板以進行熱傳遞。

當設計優先考慮冷卻多個LED時，MCPCB可能是一個很好的解決方案。 它們在各種照明應用中越來越常見，包括家庭、工作場所和車輛。 儘管它們受到某些設計限制，但制造技術與大多數其他PCB不同，而且稍微簡單一些。

以上是對金屬芯PCB的介紹。