Metal Core PCB's: Ontwerp, materialen en hoge-temperatuurtoepassingen

6 december 2021

Metal Core PCB's uitgediept

Deze metal core printplaten worden ook thermische PCB's, thermisch beklede PCB's, of geïsoleerde metallische substraten genoemd, en terecht. Dit komt doordat ze de warmte bijna uniform in beide richtingen van de kern en over alle lagen boven en onder spreiden. Dit beschermt de printplaat en componenten tegen schade. Deze PCB's bestaan uit een koperfolie, metallen platen, en thermische isolerende lagen. Naast dit hebben ze een soldeermasker, schakellaag, dielectriche laag, en een metal core laag die de warmtespreider is. Terwijl oververhitting een probleem is in de meeste elektrische componenten en dit meestal wordt gedaan door koelventilatoren of afzuigventilatoren in behuizingen of kastjes. Dit is echter niet nodig bij metal core PCB's, want warmtespreiding vindt plaats door geleidende koeling, waarbij warmte uniform wordt overgedragen van een warm gebied naar een koeler. Meestal is aluminium het meest gebruikte kernmateriaal in deze PCB's omdat het een goede warmteafvoering heeft. Aluminium als metaal is zwaar maar lichtgewicht. Terwijl koper ook een goede optie is als kernmateriaal en in bepaalde toepassingen wordt gebruikt, is het zwaar en duur. In termen van fabricage is aluminium ook makkelijker te verwerken dan koper. Een metal core printplaat is typisch verdeeld in 3 lagen:

• Koperfolielaag
• Dunne dielectriche laag voor thermische geleiding
• Dikke laag van koper of aluminium kern

Typisch is het gebruikelijk om surface mounting technology (SMT) te gebruiken in plaats van doorboorgaten voor metalen PCB's. Dit komt omdat de kern een geleidend metaal is, er een risico op kortsluiting is in geval van geplate doorboorgaten. Dit is vooral het geval bij elektrische toepassingen zoals LED's.

Voordelen van Metal Core PCB's

Bij hoge-temperatuultoepassingen kan de stijgende warmte de temperatuur van de printplaten en de daarop gemonteerde componenten doen stijgen, vooral als ze gemaakt zijn van FR4 of vergelijkbare kunststoffen. Dit kan leiden tot oververhitting omdat warmteafvoering beperkt zou zijn tot de beschikbare heatsink. Dit kan leiden tot verminderde werking of schade. Daarom worden metal core PCB's in dergelijke toepassingen gebruikt omdat metalen de warmte naar de heatsink duwen en oververhitting van printplaten en componenten voorkomen. Hier zijn enkele voordelen van metal core PCB's.

• Metalen zijn goede geleiders van warmte en elektriciteit, en versnellen dus snellere warmteoverdracht.
• Deze metalen kernen zijn geëtst op de printplaten, wat helpt de warmte van de centrale componenten en bedrading fern te houden.
• Metalen zoals aluminium en koper zijn duurzaam, veilig, en langdurig, en hebben geen toxiciteitsproblemen zoals lood.
• Ze zijn trillingsbestendig, en helpen de componenten te beschermen tegen loskomen, vooral in hoge-trillingsapplicaties.
• Metal cores bieden betere structurele en dimensionale stabiliteit en kracht aan de printplaat.
• Metalen zijn herbruikbaar en aluminium is lichter dan de meeste epoxy's en FR4.

Als u een veeleisende en hoge-temperatuultoepassing hebt, waarin u een PCB-assemblage moet installeren in enige apparatuur of als onderdeel van een geïntegreerd systeem, zou kiezen voor metal core PCB's een wijs beslissing zijn. Dit geldt vooral als u een OEM bent van LED-verlichtingssystemen, omdat metal core PCB's een enorme toepassing in dit segment hebben. Zorg er echter voor dat u samenwerkt met een betrouwbare en ervaren PCB-fabrikant en dienstverlener die uw eisen begrijpt en dienovereenkomstig aanpast. Creative Hi-Tech is een bekende PCB-fabrikant en assemblagedienstverlener die gespecialiseerd is in maatwerk PCB-ontwerpen en assemblages. Zij bieden metal core PCB's voor veeleisende toepassingen.

Gerelateerde blogposts:

• Ontwerpoverwegingen bij het selecteren van Rigid Flex PCB's
• IPC-standaarden voor PCB: Inleiding en betekenis in kwaliteitsvolle PCB-fabricage