Thông tin PCB - Tìm hiểu về lõi kim loại PCB

Kim loại lõi pcb được sử dụng tấm kim loại có độ dày tương đương để thay thế tấm vải epoxy bằng cách xử lý đặc biệt, làm cho mạch dẫn ở hai bên của bảng hội thoại vàng được kết nối với nhau và cách nhiệt cao với phần kim loại. Ưu điểm của tấm in lõi kim loại là tản nhiệt và ổn định kích thước tốt, điều này là do nhôm, sắt và các vật liệu từ tính khác có tác dụng che chắn, có thể ngăn chặn sự can thiệp lẫn nhau.

Bố trí và cấu trúc lõi kim loại PCB

Tấm in lõi kim loại là cấu trúc kẹp tấm kim loại trong lớp trung bình của tấm in, cấu trúc của nó có thể rất đa dạng. Nói chung, có ba cấu trúc: (1) cấu trúc đối xứng của bố trí lõi kim loại; (2) Cấu trúc không đối xứng của bố cục; c) Cấu trúc cục bộ của bố cục.

Việc bố trí lõi kim loại của cấu trúc đối xứng được gọi là "đối xứng" có nghĩa là cấu trúc hoặc độ dày của phương tiện truyền thông được chôn trong lõi kim loại ở cả hai bên của bảng mạch in.

Trong PCB mật độ cao và tần số cao, có các mức độ nhiệt và tăng nhiệt độ khác nhau, do đó số lượng lớp và cấu trúc chôn trong lõi kim loại có thể khác nhau. Vì hầu hết các lõi kim loại bị chôn vùi nằm trong PCB nhiều lớp, có nhiều lớp PCB lõi kim loại đối xứng và PCB lõi kim loại một lớp.

Lưu ý: Thuật ngữ "đối xứng" ở đây đề cập đến cấu trúc để đạt được sự truyền nhiệt cân bằng hơn trong PCB!

Cấu trúc lõi kim loại chôn đối xứng được hình thành bằng cách kẹp lõi kim loại trong một tấm đôi hoặc bằng cách sử dụng lõi kim loại để phủ một tấm đồng như thể hiện trong Hình 1. Việc sử dụng cấu trúc này không chỉ có độ dẫn nhiệt cao, mà quan trọng hơn là có những ưu điểm như biến dạng nhỏ, độ phẳng tốt và độ tin cậy cao, rất tốt cho việc lắp đặt hoặc triển khai các yếu tố công suất cao và các dịp mật độ cao!

Độ dẫn nhiệt của bảng nhiều lớp của cấu trúc lõi kim loại chôn đối xứng Khi nhiệt độ tăng hoặc nhiệt độ cao bên trong bảng mạch in nhiều lớp, nhưng mức độ tăng nhiệt độ ở mọi nơi là như nhau hoặc không khác nhau nhiều, hoặc do mật độ cao, tần số cao và những dịp công suất cao, nhưng sự gia tăng nhiệt độ tổng thể của PCB là cân bằng, có thể sử dụng cấu trúc lõi kim loại chôn đối xứng, các cấu trúc này khác nhau.

Trong bảng mạch in nhiều lớp, bố cục mật độ cao hoặc tần số cao hợp lý và đồng nhất hơn, mặc dù nhiệt độ tổng thể cao, mức độ nhiệt độ cao trong lớp điện môi PCB tổng thể là như nhau hoặc gần như giống nhau. Trong trường hợp và điều kiện này, cấu trúc dẫn nhiệt đối xứng nhiều lớp (lõi kim loại) nên được áp dụng, có lợi cho việc dẫn nhiệt cân bằng, làm cho mức độ nhiệt độ phù hợp hơn ở tất cả các bộ phận của PCB, chênh lệch nhiệt độ nhỏ hơn, để ứng suất nhiệt bên trong phù hợp ở tất cả các bộ phận của PCB. Đồng thời, nó cũng có thể làm cho mức độ biến dạng tổng thể của PCB phù hợp, vì sự khác biệt nhiệt độ nhỏ, sự khác biệt biến dạng tổng thể của PCB là nhỏ. Đó là bởi vì tản nhiệt đồng đều và biến dạng nhỏ giúp giảm tỷ lệ thất bại và cải thiện độ tin cậy và tuổi thọ! Hình 2 cho thấy bốn lớp bảng mạch in được chôn với hai lớp lõi kim loại đối xứng, có nghĩa là kết nối bảng kim loại giữa L1 và L2, L3 và L4, tạo thành cấu trúc đối xứng của bảng mạch in lõi kim loại bốn lớp, cấu trúc này có thể đảm bảo dẫn nhiệt cân bằng bên trong PCB, làm cho nhiệt độ của các bộ phận bên trong PCB tương đối phù hợp, cũng có thể đạt được cả hai giảm nhiệt độ và đáp ứng các yêu cầu biến dạng nhỏ. Nếu chênh lệch nhiệt độ trong bảng mạch in vẫn còn lớn (đặc biệt là nhiệt độ cao giữa L2 và L3), một bảng lõi kim loại có thể được thêm vào giữa các lớp L2 và L3 để giải quyết vấn đề này, tạo thành một bảng bốn lớp với cấu trúc lõi kim loại ba lớp. Nếu yêu cầu giảm nhiệt độ và biến dạng không thể được đáp ứng, thậm chí tăng độ dày giữa các tấm lõi kim loại L2 và L3 (như 1,25 lần, 1,5 lần và 2 lần, v.v.) để giải quyết! Khi mật độ cao và tần số cao của PCB không cao, hoặc mức độ tăng nhiệt độ bên trong PCB không cao, nhưng lõi kim loại phải được sử dụng để giảm nhiệt, một lớp lõi kim loại có thể được sử dụng để đạt được mục đích. Chỉ có một lớp lõi kim loại có thể được chôn giữa lớp thứ hai (L2) và lớp thứ ba (L3) trong Hình 1, và vì kim loại được chôn ở trung tâm của cấu trúc PCB, hiệu ứng dẫn nhiệt cân bằng đối xứng có thể đạt được!

Bằng cách tương tự, các loại laminate in khác nhau với độ dẫn nhiệt tốt và biến dạng nhỏ có thể được lắp đặt trong bảng sáu lớp, bảng tám lớp, v.v., với cấu trúc lõi kim loại dẫn nhiệt.

Tấm laminate in lõi kim loại không đối xứng do mật độ cao, tần số cao và công suất linh kiện cao, sự khác biệt hoặc khác biệt lớn trong việc triển khai mỗi nơi của PCB, sẽ dẫn đến sự khác biệt lớn về nhiệt độ trong mỗi khu vực của PCB, dẫn đến mỗi nơi PCB ảnh hưởng đến hiệu suất và độ tin cậy trong các khía cạnh như mở rộng và co rút kích thước khác nhau, trạng thái biến dạng và ứng suất bên trong. Nhưng lõi kim loại (tấm, khối, v.v.) có thể được chôn ở các vị trí khác nhau của vải PCB để dẫn nhiệt, tăng nhiệt độ cao cục bộ xuống, làm cho nhiệt độ tổng thể của PCB có xu hướng phù hợp, hoặc chênh lệch nhiệt độ PCB về cơ bản giống nhau, có thể cải thiện đáng kể hiệu suất và độ tin cậy của PCB!

Cấu trúc lõi kim loại của PCB chôn ở một bên Do các mặt của PCB (L1 và L2 như trong hình 2 có bố trí thiết bị có mật độ cao, tần số cao hoặc công suất cao, các vấn đề nhiệt cao sẽ xảy ra giữa L1 và L2 và L3, trong khi hiện tượng nhiệt cao sẽ không xảy ra giữa L3 và L4 (vì L3 và L4 không phải là bố trí mật độ cao và tần số cao), cấu trúc dẫn nhiệt lõi kim loại có thể không bị chôn giữa L3 và L4. Do đó, một bảng mạch in lõi kim loại không đối xứng được hình thành.

Cấu trúc lõi kim loại chôn cục bộ PCB Do một hoặc một phần của lớp bề mặt (cục bộ) bên trong bảng mạch PCB có mật độ cao, tần số cao hoặc bề mặt được gắn với các yếu tố công suất cao, điều này thường dẫn đến hiện tượng nhiệt cao cục bộ xảy ra, do đó, trong bảng kim loại chôn cục bộ PCB (khối, cột) được tăng tốc truyền nhiệt, giảm nhiệt độ cục bộ, làm cho nhiệt độ tổng thể của PCB về cơ bản giống nhau! Mục tiêu là để đảm bảo PCB có thể hoạt động an toàn, đáng tin cậy và lâu dài!

Tóm lại, dựa trên sự phân bố nhiệt của PCB và đặc điểm cấu trúc của lõi kim loại bị chôn vùi, quyết định sử dụng cấu trúc đối xứng, không đối xứng và bố cục cục bộ.

Ưu điểm của lõi kim loại PCB:

Theo nhiều cách, đèn LED giống như bất kỳ thành phần nào khác được gắn trên bảng mạch. Nếu chỉ có một vài đèn LED, chẳng hạn như đèn báo màu xanh lá cây và đỏ để bật và tắt nguồn, thì cũng không có gì đặc biệt khi sắp xếp PCB. Tuy nhiên, có một số giải pháp chiếu sáng có thể làm cho đèn LED hoặc đèn LED mảng dài bật trong một thời gian dài. Giữ cho các thiết bị này nguội để ngăn ngừa sự cố sớm hoặc các mối nguy hiểm về an toàn có thể là một mối quan tâm lớn. Làm mát hiệu quả cũng đòi hỏi phải đảm bảo sản lượng ánh sáng phù hợp. Chuyển đổi PCB từ loại FR4 tiêu chuẩn sang PCB nhôm loại MCPCB là một lựa chọn đáng giá. Nó sử dụng chất nền công thức đặc biệt để cải thiện độ tin cậy của thiết kế hoạt động theo tem

Nhiệt độ cao hơn bình thường. Chất nền không được sử dụng nghiêm ngặt như bề mặt lắp đặt cho các thành phần khác nhau, nhưng chủ động hấp thụ nhiệt từ các thành phần chạy nhiệt để phát tán nhiệt một cách hiệu quả và an toàn vào các lớp liên quan của bảng. MCPCB đã được chứng minh là một giải pháp tuyệt vời để làm mát PCB với nhiều đèn LED. Điều quan trọng là phải hiểu các tấm epoxy tiêu chuẩn và sự khác biệt giữa chúng.

Ứng dụng của lõi kim loại PCB:

Đèn LED chiếu sáng: MCPCB thường thích hợp cho các ứng dụng tạo ra nhiều nhiệt, quạt thông thường không thể loại bỏ nhiệt một cách hiệu quả. Chúng tôi thường tìm thấy MCPCB trong công nghệ LED vì chúng cho phép chúng tôi giảm số lượng đèn LED cần thiết cho một số lượng ánh sáng nhất định và giảm nhiệt được tạo ra.

Ô tô: Bộ điều chỉnh nguồn ô tô, công tắc đánh lửa, bộ chuyển đổi công tắc, quang học biến, v.v., tất cả đều sử dụng PCB kim loại. Thiết bị cung cấp điện: bộ chuyển đổi nguồn, bộ điều chỉnh chuyển mạch, chuyển đổi nguồn mật độ cao.

Quân sự và hàng không vũ trụ: PCB trong các ứng dụng quân sự và hàng không phải có khả năng chịu được nhiệt độ khắc nghiệt, chu kỳ nhiệt và độ ẩm. Ngoài ra, chúng phải chịu được các cú sốc cơ học thường xuyên. Do đó, chúng tôi sử dụng MCPCB vì chúng đáp ứng các yêu cầu dịch vụ này và cho phép tính toàn vẹn cấu trúc cao hơn. Độ dẫn nhiệt cao của chúng đảm bảo rằng nhiệt độ được phân phối đồng đều trên các tấm này. Do đó, chúng có thể chịu được chu kỳ nhiệt tốt hơn và ngăn các điểm nóng hình thành gần các yếu tố hoạt động.

Kim loại lõi PCB

So sánh lõi kim loại PCB và PCB tiêu chuẩn:

Độ dẫn nhiệt: PCB tiêu chuẩn có độ dẫn nhiệt thấp hơn, thường khoảng 0,3W, trong khi MCPCB có độ dẫn nhiệt cao hơn, dao động từ 1-2W.

Mạ qua lỗ: Thông thường cần phải được mạ qua lỗ trong PCB tiêu chuẩn, nhưng có thể không cần trong MCPCB.

Tản nhiệt: Tản nhiệt trong PCB tiêu chuẩn thường đòi hỏi phải đi qua lỗ dẫn đến chu kỳ khoan dài hơn và quá trình bổ sung. Tuy nhiên, MCPCB không yêu cầu quá trình khoan, mạ điện hoặc lắng đọng vì lõi kim loại có thể tản nhiệt hiệu quả.

Lớp kháng hàn: Lớp kháng hàn trong PCB tiêu chuẩn thường có màu tối như đen, xanh lá cây, xanh dương và đỏ. Do đó, lớp kháng hàn có ứng dụng ở cả trên và dưới cùng của PCB tiêu chuẩn. Ngược lại, trong MCPCB, chỉ có phần trên được phủ một mặt nạ hàn, thường là màu trắng.

Độ dày: Do xếp chồng lớp và các kết hợp vật liệu khác nhau, PCB tiêu chuẩn có một phạm vi rộng về độ dày. Tuy nhiên, sự thay đổi độ dày của MCPCB thường bị hạn chế do độ dày điện môi có sẵn và độ dày của tấm nền.

Quy trình sản xuất: PCB tiêu chuẩn sử dụng các quy trình sản xuất truyền thống như định tuyến, mạ qua lỗ, khoan và ghi chữ V. Tuy nhiên, MCPCB cần lưỡi cưa bọc kim cương để ghi chữ V vì cần các công cụ sắc để cắt kim loại.

Những điều cần xem xét cho các nhà sản xuất PCB:

Có một số cân nhắc xử lý để sản xuất MCPCB, nhưng miễn là bạn hiểu cách vật liệu hoạt động và giữ thiết kế ở loại SMT một lớp, thiết kế bảng mạch của bạn sẽ không khác nhiều so với thiết kế bất kỳ bảng mạch đơn, PCB nhiều lớp nào khác. Nếu bạn thấy rằng bạn không thể định tuyến thiết kế của mình đến một lớp duy nhất, hãy lưu ý rằng các cấu hình MCPCB khác cũng có thể xảy ra, mặc dù chúng nằm ngoài phạm vi của bài viết này. Các biện pháp này bao gồm:

Tấm PTH 2 lớp với nhôm bên trong (điều này đòi hỏi các bước pre-khoan/điền cách nhiệt/khoan lại đắt tiền để tạo ra các lỗ mạ qua đó sẽ không bị ngắn mạch).

Tấm A2 hoặc nhiều lớp hơn, được sản xuất theo quy trình PCB tiêu chuẩn, nhưng sử dụng vật liệu điện môi nhiệt thay vì FR4 và tấm lưng kim loại được ép ở phía dưới để truyền nhiệt.

MCPCB có thể là một giải pháp tuyệt vời khi thiết kế ưu tiên làm mát nhiều đèn LED. Chúng ngày càng trở nên phổ biến trong các ứng dụng chiếu sáng khác nhau, bao gồm nhà, nơi làm việc và xe cộ. Mặc dù chúng bị hạn chế bởi một số hạn chế thiết kế, quy trình sản xuất khác với hầu hết các PCB khác và đơn giản hơn một chút.

Trên đây là giới thiệu về lõi kim loại PCB.