在过去几年里，LED 产品越来越受欢迎，因此金属芯印刷电路板也越来越受欢迎。由于 LED 灯的运行成本比同类白炽灯低约 5 倍，汽车和照明行业都已开始采用这种技术，消费者也是如此。即使是紧凑型荧光灯的运行成本也略高，而且在有效利用空间方面，它们无法与最小的 LED 相媲美。

由于这些和其他因素，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 与安装在电路板上的其他元件一样。如果只有几个 LED，如绿色和红色指示灯，用于开机和关机，那么在铺设印刷电路板时就没有必要做什么特别的事情。不过，有一些照明解决方案采用了成排或成列的 LED，可长时间保持开启状态。

如何保持这些设备的冷却，使其不会过早失效或造成安全隐患，就成了一个大问题。要保证光输出保持一致，还需要高效冷却。将印刷电路板从标准的 FR4 型改为金属芯印刷电路板（MCPCB），如铝印刷电路板，是一个值得考虑的选择。

金属芯印刷电路板的一些优点是，它使用特殊的基板材料，这些材料经过专门配制，可提高在高于正常温度下运行的设计的可靠性。基板不是单纯作为各种元件的安装面，而是主动将热运行元件位置的热量吸引到电路板的对面层，使其高效、安全地散热。

事实证明，MCPCB 是解决使用大量 LED 的印刷电路板冷却问题的绝佳方案。重要的是要了解标准环氧玻璃基板与 MCPCB 之间的区别。

MCPCB 与标准环氧玻璃基板有何不同？

要了解标准印刷电路板和 MCPCB 之间的一个重要区别是材料如何共同作用以产生所需的结果。在典型的 LED MCPCB 中，只有一层电路铜箔，它与一层导热介电材料粘合在一起，而导热介电材料本身又与较厚的金属层粘合在一起–通常是铝 5052、铝 6061 或铜 C1100。

介电材料的导热系数以瓦特/米开尔文（W/mK）为单位。2.0W 的额定值相当常见；这种材料的导热系数大约是 FR4 的 6-7 倍。最佳做法是使介电层尽可能薄。这样做可以使热源到金属底板的路径尽可能短，而金属底板的导热性能是介电材料的数倍。大多数材料的厚度范围非常有限，通常在 0.003 英寸到 0.006 英寸之间。你不会有太多机会指定更厚的材料，因为这会降低材料的热传导功能。

底面使用的金属背板是结构中最厚的元件。它有几种不同的厚度，但最好使用三种最常见的厚度（1.0 毫米、1.5 毫米和 3.2 毫米），因为它们最容易购买，不会出现延误。金属层增加了硬度，使电路保持平整，并增加了足够的厚度，因此 MCPCB 可以使用与其他标准厚度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阻焊。

金属芯 PCB 表面贴装元件

MCPCB 设计中的一个关键因素是不使用任何电镀通孔，而只使用表面贴装元件。这样做的原因是，层结构的底部是一块厚金属，因此电镀通孔（或插入导电元件引线的非电镀孔）会导致短路。

大多数在多层（2 层以上）FR4 基板上制作的 LED 电路板必须在每个元件下面使用紧密间隔的电镀通孔来传输热量。如果不对这些通孔进行填充，焊料就会在组装过程中迁移，导致焊点不够完美。

对于 MCPCB，通孔的工作由材料本身完成。整个底面由导热效率更高的金属组成，因此冷却效果更好，也不需要过孔来散热。因此，大多数 MCPCB 只需很少的钻孔，一般只需几个大的安装孔。

由于无需钻孔，而且可以将多块面板堆叠在一起同时钻大孔，因此制造厂商可以快速将电路板送入 PCB 设备中通常是瓶颈的操作环节。然后，经过短暂的钻孔周期后，您的单层 MCPCB 将绕过 PTH 加工所需的无电解铜沉积（或石墨）孔壁准备步骤，直接进入电路成像。从这一点出发，您的 MCPCB 与任何标准 FR4 设计所遵循的工艺步骤大致相同。

MCPCB 制造商注意事项

制造 MCPCB 需要考虑一些加工问题，但只要了解材料的工作方式，并将设计保持在单层 SMT 类型，那么设计电路板与设计任何其他单层 PCB 都不会有太大区别。如果您发现自己的设计不能走单层路线，请注意其他 MCPCB 配置也是可能的，不过不在本文讨论范围之内。这些配置包括

内层为铝的双层 PTH 电路板（这需要昂贵的预钻/填充绝缘层/再钻步骤，以形成不会短路的电镀通孔）。
按照标准印刷电路板工艺制造的 2 层或更多层电路板，但使用热介电材料代替 FR4，并在底部贴合金属底板以实现热传导。
当多个 LED 的散热是设计重点时，MCPCB 是一种极佳的解决方案。它们在家庭、工作场所和车辆等各种照明应用中越来越常见。虽然它们受到某些设计限制，但其制造工艺与大多数其他印刷电路板并无本质区别，而且在某些方面更为简单。

FR4 PCB 与 MCPCB 比较

导热性： FR4 的导热率较低，通常在 0.3W 左右，而 MCPCB 的导热率较高，在 1.0W-4.0W 之间，最常见的在 2.0W 左右。

电镀通孔： FR4 印刷电路板通常使用电镀通孔。如有需要，可使用通孔元件。在 MCPCB 中，单层印刷电路板不提供电镀通孔。所有元件均为表面贴装。

散热： FR4 印刷电路板的散热通常涉及用于热传导的通孔。钻孔周期较长，增加了许多工序。MCPCB 材料可自行提供散热。无需钻孔、沉积和电镀等工序。

阻焊层： FR4 印刷电路板的阻焊层通常为深色（绿色、红色、蓝色、黑色），通常从上到下涂抹。对于 LED 电路板，MCPCB 阻焊层几乎全是白色。仅用于顶部。

厚度： 使用不同的材料组合和层数，FR4 印刷电路板有多种厚度可供选择。MCPCB 的厚度变化受可用背板厚度和介质板厚度的限制。

加工工艺： FR4 印刷电路板采用标准的机加工方法（钻孔、镂铣、V 型刻痕、锪孔、沉孔），而 MCPCB 采用与 FR4 相同的机加工方法，但 V 型刻痕必须使用金刚石涂层锯片，以增加切入金属时的应变。