金属包层和散热片印刷电路板

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雷明在制造金属覆层印刷电路板、金属芯印刷电路板 (MCPCB) 和带有外部散热器的印刷电路板方面拥有多年的经验。这些技术带来了独特的设计和制造挑战,远远超出了一般印刷电路板的范畴。

下面列出了我们提供的所有不同的 MCPCB 技术。我们强烈建议您与经验丰富、知识渊博的印刷电路板制造商合作,以确保您的 MCPCB 要求不仅可制造,而且具有成本效益。

单面金属覆层印刷电路板

单面是最常见、最具成本效益的金属覆层印刷电路板,主要用于大批量应用,如 LED 照明、汽车照明和其他消费类产品。即使是最常见的 MCPCB 技术,制造商仍需要特定的设备和技术诀窍才能正确设计和制造。更多信息,请参阅我们的 “铝印刷电路板 “页面。

金属芯或双面电镀通孔金属印刷电路板

金属芯或双面电镀通孔印刷电路板结合了传统的印刷电路板材料(通常为 FR4 或聚四氟乙烯),并由内层金属(通常为铜或铝)隔开。下面是此类产品的堆叠示例。

我们使用层压机将介质层层压到金属芯上。很多时候,内层在层压之前需要电路,而在其他情况下,我们正在制作需要进一步加工的外层。对于航空航天和国防工业中的高科技项目,甚至需要多个层压周期来管理盲孔和埋孔应用。

在设计中使用 MCPCB 技术来提高导热性和热稳定性的好处显而易见。不过,这种技术也会带来一些制造方面的挑战,在开始使用前应加以考虑。

金属芯印刷电路板的优点

导热性
在当今高速印刷电路板的要求下,许多材料都具有低 Dk 和低损耗特性,但却缺乏使其应用发挥最佳功能所需的任何热特性。传统上,我们会尝试在多层印刷电路板的各层中增加铜的重量,这会大大增加印刷电路板的成本。这还需要在层与层之间进行多个机械互连,而这在印刷电路板的使用寿命中很容易出现故障。

有了金属芯电路板,我们就能最大限度地减少必要的互连线数量,同时为客户提供多个电镀通孔(PTH)机会,使其与内部金属芯连接,帮助均匀散热。

热稳定性
在使用多种不同材料开发技术时,设计人员面临的最大挑战之一是确保考虑到每种材料的不同特性,包括热兼容性。

说到印刷电路板,最需要考虑的变量是每种材料的热膨胀系数(CTE)。匹配具有正确 Z 轴 CTE 值的材料至关重要,这样可以最大限度地减少材料在工作中的膨胀,因为膨胀可能会导致金属芯印刷电路板脱层或孔壁分离。

PCB 整体刚性
在许多印刷电路板应用中,承受冲击和振动的能力是最终产品长期可靠性的关键。使用铜、铝甚至碳复合材料,可以使印刷电路板的刚度大大提高,甚至比直接使用 FR-4 或聚酰亚胺设计的印刷电路板刚度高出 2-4 倍。

金属芯印刷电路板面临的挑战

以下是制造商在制造金属芯印刷电路板时将面临的一些关键挑战。这些都是多年来影响高效、低成本生产 MCPCB 能力的最常见问题。

电镀通孔
在制造金属芯印刷电路板(或任何印刷电路板)时,最大的挑战之一就是确保能正确地准备孔壁,清除钻孔时产生的所有碎屑,以保证能沉积出可靠的孔壁。

例如,在上图中,罗杰斯材料的聚四氟乙烯、FR-4 的树脂和铜的铜屑都粘在钻孔后的孔壁上。传统的除胶技术和工艺在这里不起作用,这就是为什么在生产这类电路板时必须使用等离子除胶技术,并在化学镀铜(这是唯一能在这里起作用的金属沉积技术)之前,在生产面板上制作一个可进行横截面分析的试样,以确保孔壁的清洁度,因为这一步是不能走回头路的。

确保材料的热膨胀特性相似
如上所述,了解金属芯 PCB 的工作 CTE 温度对其可靠运行至关重要。对于制造商来说,在开发层压循环和 HASL 等工艺时,了解 CTE 参数同样重要。很多时候,我们会在生产面板中战略性地放置窃听器,以便将热量从生产部件中带走。

极其严格的公差
传统 PCB 的许多机械和电气性能公差为 +/- 0.005″ 或 +/- 10%,但 MCPCB 并不总是如此。当试图将高速电路连接到金属芯 PCB 上以实现两种功能于一体时,我们会遇到非常严格的电气公差,可低至 +/- 0.001″。由于公差过小,许多机械尺寸都需要精密的 CNC 加工,才能在金属芯上布线或穿过金属芯。

散热器 PCB
在使用金属材料作为 PCB 内核的技术出现之前,最具成本效益的方法是制造一个单独的金属散热器。然后将单独的散热片注册到 PCB 成品上,并在层压机中使用液体粘合剂或传统的预浸料在加热和压力下进行粘贴。

这种方法在今天仍然很普遍,因为它仍然是最经济有效的方法,而且可以制作散热片的材料和用于连接散热片的材料的数量也发生了巨大变化。

通常用于散热片的材料:
铝合金

黄铜

复合材料
青铜

用于连接散热器的材料:
Pyralux
Ablefilm
热熔胶
Cybond
硝基酚醛
卡普顿
无流动预浸料
可流动粘合剂
许多此类材料都是片状的,在层压之前必须通过 CNC 预成型,使其符合散热器的形状,这就需要进行缩放,因为并非每种材料的作用都是相同的。

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