金屬芯PCB的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

金屬芯板PCB在消費(fèi)類產(chǎn)品中不是很常見，但是在工業(yè)，航空航天，照明系統(tǒng)，電力電子以及其他要求高可靠性的領(lǐng)域中，它們比比皆是。高功率系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生大量熱量，并且需要迅速清除熱量以防止組件故障。同樣，低功率系統(tǒng)可能會(huì)暴露在高熱量下，并且還需要迅速清除熱量以防止損壞電路板和組件。

金屬芯PCB設(shè)計(jì)（包括DFM）遵循許多與FR4上的典型PCB相同的基本設(shè)計(jì)規(guī)則。如果要在上述任何一個(gè)領(lǐng)域中設(shè)計(jì)新產(chǎn)品，則可能需要使用金屬芯板來控制溫度。在本文中，將簡(jiǎn)要介紹一下金屬芯PCB的結(jié)構(gòu)以及在計(jì)劃使用金屬芯PCB設(shè)計(jì)之前要考慮的一些重要設(shè)計(jì)要點(diǎn)。這些板載有特殊的制造要求，但是合適的設(shè)計(jì)公司可以幫助應(yīng)對(duì)這些要求，并確保PCB可以大規(guī)模生產(chǎn)。

金屬芯PCB設(shè)計(jì)的應(yīng)用

金屬芯PCB幾乎可以在設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生大量熱量的任何應(yīng)用中找到自己的位置。這些板不是陶瓷的理想替代品，因?yàn)樗鼈兪且环N成本較低的選擇，并且它們提供更高的導(dǎo)熱率，可從重要部件中去除熱量。在為散熱能力強(qiáng)的系統(tǒng)尋找電路板時(shí)，它們往往是一個(gè)起點(diǎn)。金屬芯PCB的一些應(yīng)用包括：

l LED照明單元：通常在金屬芯PCB上制造具有大功率LED的板。這些板可為高功率LED（SMD和通孔）提供堅(jiān)固的底座，同時(shí)將高熱量散發(fā)到金屬芯板中。

l 電源轉(zhuǎn)換和管理：混合動(dòng)力汽車，工業(yè)設(shè)備，基站電信設(shè)備和市政配電系統(tǒng)都以高功率運(yùn)行。在這些領(lǐng)域中，金屬芯PCB很常見。

l 太陽能設(shè)備：太陽能設(shè)備需要特別堅(jiān)固，并在高溫以及高直流電壓/電流下運(yùn)行。類似的PCB設(shè)計(jì)可在地?zé)嵩O(shè)施中實(shí)施。

l 軍用（例如，潛水器，飛機(jī)）：金屬芯PCB可以快速散熱，使電子遠(yuǎn)離可能位于發(fā)動(dòng)機(jī)或排氣系統(tǒng)等高熱源附近的電子設(shè)備。

在許多其他領(lǐng)域，高可靠性和結(jié)構(gòu)剛度也至關(guān)重要，這使得金屬芯板成為絕佳的選擇。一旦開始研究這些板的堆疊和布局要求，如何實(shí)際設(shè)計(jì)它們就變得不那么明顯了?？梢宰龆鄬咏饘傩景鍐幔靠梢噪p面嗎？在制造過程中如何處理過孔？這些都是與金屬芯PCB的DFM相關(guān)的重要問題。

用于金屬芯PCB的DFM

與其他PCB一樣，如果要確保成功的制造運(yùn)行，則需要遵循特定DFM準(zhǔn)則。金屬芯板所采用的工藝與涉及玻璃編織層壓板的典型PCB疊層工藝不同，因此它們傾向于采用不同的DFM規(guī)則。下圖顯示了雙面金屬芯PCB的典型堆疊。

請(qǐng)注意，該疊層可以從技術(shù)上適應(yīng)為多層板，其中金屬芯的每一側(cè)都有多個(gè)電介質(zhì)?；蛘?，您可以使電路板為單面，讓金屬芯背面暴露。在進(jìn)行金屬芯PCB設(shè)計(jì)時(shí)，以下是需要注意的制造要點(diǎn)：

金屬芯接地

PCB上的金屬背襯可以像大型接地層或大型散熱器一樣工作。如果該板需要使用高速/高頻電路塊，則將背面金屬板用作較大的接地層可提供一定的屏蔽。如果在板上使用電源平面，它還可以提供一些平面電容。

此外，金屬芯可用作大型散熱器，特別是如果裸露在外。當(dāng)需要將板安裝在高熱源附近時(shí)，后一個(gè)方面非常有用。在這種情況下，將頂側(cè)連接到標(biāo)準(zhǔn)電源時(shí)，最好不要將其背面接地。這樣可以防止接地回路。這還將直接將熱量散發(fā)到非常大的散熱器中，這有助于降低表面溫度。

單面板上的孔

孔可以放置在金屬芯PCB上，既可以作為安裝孔，也可以作為雙面板上的標(biāo)準(zhǔn)通孔。如果僅將孔用于在單面板上安裝通孔組件，則不應(yīng)電鍍這些孔以防止短路。這是通過在安裝孔上鉆孔并用不導(dǎo)電的環(huán)氧樹脂或凝膠填充孔來完成的。然后，將孔堵塞，以便可以在上層進(jìn)行安裝。

雙面板上的孔

在雙面金屬芯PCB中，兩側(cè)可能都裝有某些組件，并且需要在信號(hào)層之間放置電鍍過孔。由預(yù)鉆孔→絕緣填料→再鉆孔→電鍍工藝來形成電鍍通孔，因此在制造中會(huì)遇到一些困難。此過程會(huì)花費(fèi)額外的時(shí)間并導(dǎo)致額外的成本，但它旨在防止通孔短路。在PCB布局中，最好使用防焊盤來表示通孔周圍需要填充絕緣填充材料的區(qū)域。確保調(diào)整過孔防焊墊的尺寸，以便遵循IPC-2221標(biāo)準(zhǔn)。

DFM在金屬芯板PCB設(shè)計(jì)中的其他方面與標(biāo)準(zhǔn)PCB差別不大，盡管CAD工具并非用于設(shè)計(jì)這些電路板。電力電子設(shè)備前端需要遵循一些小規(guī)則，尤其是IPC-2221（爬電和放行規(guī)則），以及國防和航空航天的其他標(biāo)準(zhǔn)。

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