金屬芯PCB與標(biāo)準(zhǔn)電路板

在過(guò)去的幾年中，基于LED的產(chǎn)品變得越來(lái)越流行，因此，金屬芯印刷電路板也是如此。汽車(chē)和照明行業(yè)以及消費(fèi)者都已經(jīng)接受了該技術(shù)，因?yàn)榛?/span>LED的燈的運(yùn)行成本比同類(lèi)白熾燈便宜約5倍。即使是緊湊型熒光燈，其運(yùn)營(yíng)成本也略高，在有效利用空間方面，它們無(wú)法與最小的LED競(jìng)爭(zhēng)。

由于這些因素和其他因素，現(xiàn)在越來(lái)越多的設(shè)備將LED作為主要設(shè)計(jì)特征。但是，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中必須始終考慮到LED工作的一個(gè)方面：熱量。

金屬芯印刷電路板的優(yōu)勢(shì)

在許多方面，LED就像安裝在電路板上的任何其他組件一樣。如果僅存在幾個(gè)LED，例如用于電源關(guān)閉的綠色和紅色指示燈，則在布局PCB時(shí)幾乎沒(méi)有理由要做任何異常的事情。但是，有些照明解決方案結(jié)合了長(zhǎng)時(shí)間保持打開(kāi)狀態(tài)的LED的行或陣列。

使這些設(shè)備保持涼爽以免過(guò)早失效或造成安全隱患可能成為一個(gè)主要問(wèn)題。還需要有效的冷卻以確保光輸出保持一致。將PCB從標(biāo)準(zhǔn)FR4類(lèi)型更改為金屬芯PCB（MCPCB）（例如鋁PCB）是值得考慮的選擇。

金屬芯PCB的一些優(yōu)點(diǎn)在于，它使用特殊的基材材料，這些材料經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)配制，可以提高在高于正常溫度下運(yùn)行的設(shè)計(jì)的可靠性?；宀皇菄?yán)格用作各種組件的安裝表面，而是主動(dòng)將熱量從熱運(yùn)行組件的位置吸取到板的相對(duì)層，從而可以有效，安全地進(jìn)行散熱。

事實(shí)證明，MCPCB是解決如何冷卻使用大量LED的PCB的極佳解決方案。重要的是要了解標(biāo)準(zhǔn)環(huán)氧玻璃板和MCPCB之間存在差異。

MCPCB與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)氧玻璃板有何不同？

要理解標(biāo)準(zhǔn)PCB和MCPCB之間的一個(gè)重要區(qū)別 是材料如何協(xié)同工作以產(chǎn)生期望的結(jié)果。在典型的LED MCPCB中，存在一個(gè)銅箔單電路層，該銅箔與導(dǎo)熱介電材料層粘合，該導(dǎo)熱介電材料本身與較厚的金屬層（通常是鋁5052，鋁6061或銅C1100）粘合。

介電材料的熱導(dǎo)率以瓦/米為單位，開(kāi)爾文（W / mK。）。2.0W的額定值相當(dāng)普遍；這種材料的導(dǎo)熱性大約是FR4的6x-7x。最佳實(shí)踐是保持介電層盡可能薄。這樣做會(huì)產(chǎn)生從熱源到金屬背板的最短路徑，其導(dǎo)熱率是介電材料的幾倍。無(wú)論如何，大多數(shù)材料的厚度范圍都非常有限，通常在.003“和.006”之間。您將沒(méi)有太多機(jī)會(huì)指定更厚的東西，而這會(huì)降低材料執(zhí)行熱傳遞功能的效率。

底側(cè)使用的金屬背板是結(jié)構(gòu)中最厚的元素。它有幾種不同的厚度，但最好使用三種最常用的厚度之一（1.0mm，1.5mm和3.2mm），因?yàn)樗鼈冏钊菀踪?gòu)買(mǎi)而不會(huì)延遲。金屬層增加了剛性，使電路保持平坦，并增加了足夠的厚度，以便MCPCB可以使用與其他任何標(biāo)準(zhǔn)厚度的電路板相同的安裝硬件。電路板的金屬板一側(cè)沒(méi)有任何表面處理或防焊層。

金屬芯PCB表面安裝元件

納入MCPCB設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素是不要使用任何電鍍通孔，而只能使用表面安裝的組件。原因是層結(jié)構(gòu)的底部是一塊厚金屬，因此鍍通孔（或插入有導(dǎo)電成分引線(xiàn)的非鍍孔）會(huì)導(dǎo)致短路。

在多層（2+）FR4基板上構(gòu)建的大多數(shù)LED PCB必須在每個(gè)組件下方使用緊密間隔的鍍通孔圖案以傳輸熱量。如果未填充，通孔中焊錫可能會(huì)遷移通過(guò)這些通孔，從而導(dǎo)致焊點(diǎn)不夠完美。

使用MCPCB，通孔的工作由材料本身完成。整個(gè)底面由導(dǎo)熱系數(shù)更高的金屬組成，因此可以增強(qiáng)冷卻效果，并且不需要散熱孔。結(jié)果是，大多數(shù)MCPCB只需很少的鉆孔-通常只有幾個(gè)大的安裝孔。

消除了通孔鉆孔和堆疊多個(gè)面板以同時(shí)鉆孔的能力，使制造商可以快速地通過(guò)PCB設(shè)施內(nèi)的瓶頸操作快速移動(dòng)您的電路板。然后，在短暫的鉆探周期后，您的1層MCPCB繞過(guò)了PTH處理所需的化學(xué)鍍銅（或石墨）孔壁準(zhǔn)備步驟，并直接進(jìn)行電路成像。從那時(shí)起，您的MCPCB幾乎遵循與任何標(biāo)準(zhǔn)FR4設(shè)計(jì)相同的工藝步驟。

MCPCB制造商注意事項(xiàng)

MCPCB制造有一些加工方面的考慮，但是只要您了解材料的工作方式，并且將設(shè)計(jì)保持為僅SMT的單層類(lèi)型，那么設(shè)計(jì)電路板就不會(huì)與設(shè)計(jì)任何其他單層設(shè)計(jì)有很大不同。層PCB。如果發(fā)現(xiàn)無(wú)法將設(shè)計(jì)路由到單個(gè)層，請(qǐng)注意其他MCPCB配置也是可行的，盡管它們不在本文討論范圍之內(nèi)。這些包括：

內(nèi)部為鋁的2層PTH板（這需要進(jìn)行昂貴的預(yù)鉆孔/填充絕緣層/重新鉆孔步驟，以形成不會(huì)短路的電鍍通孔）。

按照標(biāo)準(zhǔn)PCB工藝制造的2層或更多層板，但使用熱電介質(zhì)材料代替FR4，并在底部層壓一塊金屬背板進(jìn)行熱傳遞。

當(dāng)將多個(gè)LED的冷卻作為設(shè)計(jì)優(yōu)先事項(xiàng)時(shí)，MCPCB可能是出色的解決方案。它們?cè)诩彝?，工作?chǎng)所和車(chē)輛的各種照明應(yīng)用中變得越來(lái)越普遍。盡管它們受到某些設(shè)計(jì)限制，但制造過(guò)程與大多數(shù)其他PCB并沒(méi)有根本不同，并且在某種程度上更簡(jiǎn)單。

FR4 PCB與MCPCB的比較

l導(dǎo)電性：FR4具有較低的導(dǎo)熱率，通常約為0.3W，而MCPCB的導(dǎo)熱率較高，范圍為1.0W-4.0W，最常見(jiàn)的約為2.0W。

l鍍通孔：FR4 PCB通常使用鍍通孔。如果需要，可以使用通孔組件。在MCPCB中，鍍通孔不適用于1層PCB。所有組件都表面安裝。

l熱救濟(jì)： 在熱浮雕 FR4 PCB通常涉及用于熱傳遞的通孔。更長(zhǎng)的鉆孔周期，增加了許多過(guò)程。MCPCB材料可提供其自身的散熱功能。通過(guò)鉆孔，沉積和電鍍工藝被消除。

l阻焊劑：FR4 PCB阻焊劑通常為深色（綠色，紅色，藍(lán)色，黑色）。通常應(yīng)用于頂部和底部。MCPCB阻焊層幾乎完全是用于LED板的白色。僅應(yīng)用于頂部。

l厚度：FR4 PCB具有多種厚度，可使用各種材料組合和層數(shù)進(jìn)行選擇。MCPCB厚度變化受可用的背板厚度和電介質(zhì)片材厚度的限制。

l機(jī)加工工藝：FR4 PCB使用標(biāo)準(zhǔn)機(jī)加工方法（鉆孔，銑削，V形刻痕，沉頭孔，沉頭孔），而MCPCB使用與 FR4相同的 加工方法，不同之處在于V刻痕必須使用金剛石涂層鋸片，以防止因切入金屬而增加應(yīng)變。