金属芯PCB与标准电路板

在过去的几年中，基于LED的产品变得越来越流行，因此，金属芯印刷电路板也是如此。汽车和照明行业以及消费者都已经接受了该技术，因为基于LED的灯的运行成本比同类白炽灯便宜约5倍。即使是紧凑型荧光灯，其运营成本也略高，在有效利用空间方面，它们无法与最小的LED竞争。

由于这些因素和其他因素，现在越来越多的设备将LED作为主要设计特征。但是，在产品设计中必须始终考虑到LED工作的一个方面：热量。

金属芯印刷电路板的优势

在许多方面，LED就像安装在电路板上的任何其他组件一样。如果仅存在几个LED，例如用于电源关闭的绿色和红色指示灯，则在布局PCB时几乎没有理由要做任何异常的事情。但是，有些照明解决方案结合了长时间保持打开状态的LED的行或阵列。

使这些设备保持凉爽以免过早失效或造成安全隐患可能成为一个主要问题。还需要有效的冷却以确保光输出保持一致。将PCB从标准FR4类型更改为金属芯PCB（MCPCB）（例如铝PCB）是值得考虑的选择。

金属芯PCB的一些优点在于，它使用特殊的基材材料，这些材料经过专门配制，可以提高在高于正常温度下运行的设计的可靠性。基板不是严格用作各种组件的安装表面，而是主动将热量从热运行组件的位置吸取到板的相对层，从而可以有效，安全地进行散热。

事实证明，MCPCB是解决如何冷却使用大量LED的PCB的极佳解决方案。重要的是要了解标准环氧玻璃板和MCPCB之间存在差异。

MCPCB与标准环氧玻璃板有何不同？

要理解标准PCB和MCPCB之间的一个重要区别 是材料如何协同工作以产生期望的结果。在典型的LED MCPCB中，存在一个铜箔单电路层，该铜箔与导热介电材料层粘合，该导热介电材料本身与较厚的金属层（通常是铝5052，铝6061或铜C1100）粘合。

介电材料的热导率以瓦/米为单位，开尔文（W / mK。）。2.0W的额定值相当普遍；这种材料的导热性大约是FR4的6x-7x。最佳实践是保持介电层尽可能薄。这样做会产生从热源到金属背板的最短路径，其导热率是介电材料的几倍。无论如何，大多数材料的厚度范围都非常有限，通常在.003“和.006”之间。您将没有太多机会指定更厚的东西，而这会降低材料执行热传递功能的效率。

底侧使用的金属背板是结构中最厚的元素。它有几种不同的厚度，但最好使用三种最常用的厚度之一（1.0mm，1.5mm和3.2mm），因为它们最容易购买而不会延迟。金属层增加了刚性，使电路保持平坦，并增加了足够的厚度，以便MCPCB可以使用与其他任何标准厚度的电路板相同的安装硬件。电路板的金属板一侧没有任何表面处理或防焊层。

金属芯PCB表面安装元件

纳入MCPCB设计的关键因素是不要使用任何电镀通孔，而只能使用表面安装的组件。原因是层结构的底部是一块厚金属，因此镀通孔（或插入有导电成分引线的非镀孔）会导致短路。

在多层（2+）FR4基板上构建的大多数LED PCB必须在每个组件下方使用紧密间隔的镀通孔图案以传输热量。如果未填充，通孔中焊锡可能会迁移通过这些通孔，从而导致焊点不够完美。

使用MCPCB，通孔的工作由材料本身完成。整个底面由导热系数更高的金属组成，因此可以增强冷却效果，并且不需要散热孔。结果是，大多数MCPCB只需很少的钻孔-通常只有几个大的安装孔。

消除了通孔钻孔和堆叠多个面板以同时钻孔的能力，使制造商可以快速地通过PCB设施内的瓶颈操作快速移动您的电路板。然后，在短暂的钻探周期后，您的1层MCPCB绕过了PTH处理所需的化学镀铜（或石墨）孔壁准备步骤，并直接进行电路成像。从那时起，您的MCPCB几乎遵循与任何标准FR4设计相同的工艺步骤。

MCPCB制造商注意事项

MCPCB制造有一些加工方面的考虑，但是只要您了解材料的工作方式，并且将设计保持为仅SMT的单层类型，那么设计电路板就不会与设计任何其他单层设计有很大不同。层PCB。如果发现无法将设计路由到单个层，请注意其他MCPCB配置也是可行的，尽管它们不在本文讨论范围之内。这些包括：

内部为铝的2层PTH板（这需要进行昂贵的预钻孔/填充绝缘层/重新钻孔步骤，以形成不会短路的电镀通孔）。

按照标准PCB工艺制造的2层或更多层板，但使用热电介质材料代替FR4，并在底部层压一块金属背板进行热传递。

当将多个LED的冷却作为设计优先事项时，MCPCB可能是出色的解决方案。它们在家庭，工作场所和车辆的各种照明应用中变得越来越普遍。尽管它们受到某些设计限制，但制造过程与大多数其他PCB并没有根本不同，并且在某种程度上更简单。

FR4 PCB与MCPCB的比较

l导电性：FR4具有较低的导热率，通常约为0.3W，而MCPCB的导热率较高，范围为1.0W-4.0W，最常见的约为2.0W。

l镀通孔：FR4 PCB通常使用镀通孔。如果需要，可以使用通孔组件。在MCPCB中，镀通孔不适用于1层PCB。所有组件都表面安装。

l热救济： 在热浮雕 FR4 PCB通常涉及用于热传递的通孔。更长的钻孔周期，增加了许多过程。MCPCB材料可提供其自身的散热功能。通过钻孔，沉积和电镀工艺被消除。

l阻焊剂：FR4 PCB阻焊剂通常为深色（绿色，红色，蓝色，黑色）。通常应用于顶部和底部。MCPCB阻焊层几乎完全是用于LED板的白色。仅应用于顶部。

l厚度：FR4 PCB具有多种厚度，可使用各种材料组合和层数进行选择。MCPCB厚度变化受可用的背板厚度和电介质片材厚度的限制。

l机加工工艺：FR4 PCB使用标准机加工方法（钻孔，铣削，V形刻痕，沉头孔，沉头孔），而MCPCB使用与 FR4相同的 加工方法，不同之处在于V刻痕必须使用金刚石涂层锯片，以防止因切入金属而增加应变。