Metallbasierte Leiterplatte (MCPCB)

Was ist eine Leiterplatte auf Metallbasis?

Eine metallbasierte Leiterplatte (Metal Core PCB, abgekürzt MCPCB) ist eine innovative Leiterplattenlösung, bei der Metallmaterial als Substrat verwendet wird. Im Vergleich zu herkömmlichen FR-4-Substraten nutzt MCPCB seine einzigartige Metallsubstratstruktur, um die während des Schaltkreisbetriebs entstehende Wärme effizient von kritischen Bauteilbereichen zu unkritischen Bereichen wie Kühlkörpern oder dem Metallsubstrat selbst zu leiten und so ein außergewöhnliches Wärmemanagement zu erreichen.

Unter diesen ist das von TOPFAST ist eine wichtige Kategorie von Leiterplatten auf Metallbasis, die unter den technischen Anwendungsbereich von kupferkaschierten Laminaten auf Metallbasis fallen. Dieses Produkt verwendet hochwertiges Aluminiummaterial als Kernsubstrat und kombiniert hervorragende Wärmeleitfähigkeit mit zuverlässigen Isolationseigenschaften. Es eignet sich besonders für Anwendungen mit hohen Anforderungen an die Wärmeableitung, wie z. B. LED-Beleuchtung und Leistungsmodule. Mit fortschrittlichen Produktionsprozessen und strengen Qualitätskontrollen bietet TOPFAST leistungsstarke und äußerst zuverlässige Aluminiumsubstratlösungen.

Analyse der Struktur von Metallkern-Leiterplatten (MCPCB)

Metallkern-Leiterplatten (MCPCB), auch bekannt als isolierte Metallsubstrate (IMS) oder isolierte Metall-Leiterplatten (IMPCB), sind auf eine effiziente Wärmeableitung ausgelegt. Ihre typische Mehrschichtstruktur zeichnet sich durch eine symmetrische Schichtverteilung aus. Bei einer 12-lagigen Leiterplatte beispielsweise befindet sich der Metallkern in der Mitte, flankiert von sechs gleichmäßigen Nichtmetallschichten auf jeder Seite, um strukturelle Stabilität und eine ausgewogene Wärmeübertragung zu gewährleisten.

Kernstrukturkomponenten

Die laminierte Struktur von MCPCB besteht in erster Linie aus den folgenden Schlüsselelementen:

• Schaltungsebene: This is the copper foil layer responsible for electrical connections. To meet high-current transmission requirements, TOPFAST MCPCB utilizes thick copper foil designs, with standard thicknesses ranging from 35 μm to 280 μm, ensuring both current-carrying capacity and reliability.
• Wärmedämmschicht: Dies ist die Kerntechnologie des Aluminiumsubstrats. Diese Schicht besteht in der Regel aus einem speziellen Polymer, das mit Keramikpartikeln gefüllt ist, und bietet eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit, eine hohe elektrische Isolationsfestigkeit und mechanische Belastbarkeit. TOPFAST verwendet für diese Isolierschicht hochwertige Materialsysteme, wie beispielsweise IMS-H01 und LED-0601. Diese Materialien zeichnen sich durch einen minimalen Wärmewiderstand aus, leiten Wärme effektiv weiter und halten langfristigen thermischen Belastungen stand, um eine lange Lebensdauer des Produkts zu gewährleisten.
• Metall-Grundschicht: Diese Schicht dient als strukturelle Stütze und primärer Wärmeableitungspfad und besteht in der Regel aus hochwärmeleitfähigem Aluminium oder sogar noch leitfähigerem Kupfer. Die Metallgrundplatten von TOPFAST bieten nicht nur eine hervorragende Wärmeleistung, sondern eignen sich auch für präzise mechanische Bearbeitungen wie Bohren und Stanzen, um komplexen Anwendungsanforderungen gerecht zu werden.

TOPFAST Aluminium-Substrat: Integration überlegener Leistung

Die Aluminiumsubstrate von TOPFAST sind repräsentative Produkte in der Kategorie der metallbasierten kupferkaschierten Laminate und vereinen hervorragende Wärmeleitfähigkeit, zuverlässige elektrische Isolierung und ausgezeichnete mechanische Verarbeitbarkeit. Wir halten uns strikt an Oberflächenbehandlungsstandards wie Vergoldung, Immersionsvergoldung, Zinnspritzen (einschließlich bleifreier Verfahren) und OSP-Antioxidation, um sicherzustellen, dass jede Platine auch unter anspruchsvollen Bedingungen eine hohe Leistung und lange Lebensdauer beibehält.

Arten und Vorteile von Metallkern-Leiterplatten

Metallkern-Leiterplatten umfassen in erster Linie drei Arten: Leiterplatten auf Aluminium-, Kupfer- und Eisenbasis. Die folgende Tabelle enthält einen detaillierten Vergleich der wichtigsten Eigenschaften von Leiterplatten auf Aluminium- und Kupferbasis sowie eine systematische Zusammenfassung der allgemeinen technischen Vorteile dieser Kategorie von Leiterplatten.

Aspekt	Aluminium-basierte Leiterplatte	Kupferbasierte Leiterplatte
Kernmerkmale	Ausgewogene Wahl hinsichtlich Kosten, Gewicht und Leistung	Erstklassige Wärmeleitfähigkeit und Leistung für extreme Bedingungen
Wärmeleitfähigkeit	5 – 2.0 W/(m·K)	Up to 386 W/(m·K)
Wärmeausdehnungskoeffizient	Approx. 25 μm/m°C	Approx. 17 μm/m°C
Typische Substratdicke	2 – 8 mm	An die Designanforderungen angepasst
Schälfestigkeit	> 9 lb/in	> 9 lb/in
Durchbruchspannung	> 3000 V	> 3000 V
Flammwidrigkeitsklasse	UL 94V-0	UL 94V-0
Die wichtigsten Vorteile	• Excellent thermal conductivity and dissipation • Relatively lightweight • TOPFAST-Empfehlung: Kostengünstige Wahl	• Superior thermal performance • Better thermal stability • TOPFAST-Lösung: Entwickelt für hohe Leistungsanforderungen
Häufige Arten	Einlagige, zweilagige, mehrlagige Aluminium-Leiterplatten	Sintered, embedded copper, cold plates, etc.

Umfassende technische Vorteile von Metallkern-Leiterplatten

Vorteil	Description	Value to Customers
Efficient Heat Dissipation	Thermal conductivity (1-7 W/m·K) is 8-9 times that of FR-4, rapidly reducing component operating temperatures.	Increases product power density, extends device lifespan, and enhances long-term reliability.
Structural Robustness	The metal core layer provides high mechanical strength, with strong resistance to impact and vibration.	TOPFAST products are particularly suitable for harsh environments such as automotive and industrial applications.
Flexibilität bei der Gestaltung	The metal layer can be etched into custom heat sinks (e.g., TOPFAST’s Integrated Heat Dissipation Structure), simplifying system design.	Saves space and cost associated with external heat dissipation components, enabling more compact product designs.
Hohe Verlässlichkeit	Low coefficient of thermal expansion reduces thermal stress, significantly minimizing solder joint fatigue and component separation risks.	Reduces field failure rates, lowers maintenance costs, and safeguards brand reputation.
Eco-Friendly Materials	Metal substrates (aluminum, copper) are recyclable, aligning with green manufacturing trends.	Helps customers comply with environmental regulations and build a green product image.

Prozessspezifikationen für Leiterplatten mit Metallkern

I. Laminierungsstrukturdesign

1. A symmetrical lamination structure is adopted to ensure balanced layer distribution on both sides of the metal layer.
2. Maintain symmetrical copper layer distribution to prevent board warping.
3. Standard dielectric layer thickness: 0.003–0.006 inches.

II. Besondere Verfahrensvorschriften

1. Plated Through-Hole Treatment: Metal parts must undergo insulation treatment.
2. Bohrprozess: Diamond-coated metal cutting saws are used.
3. Lötmaske Prozess: White solder mask ink is preferred for LED boards.

III. Detaillierte Konstruktionsspezifikationen

1. Border Design Specifications

• Maintain a minimum distance of ≥1.5mm between the aluminum board edge and SMD component silkscreen/plug-in hole pin edges.
• Internal and external slot chamfer range: 0.8–1.0mm.
• Open a full slot when the distance between component hole walls is <1.15mm.
• Standard aluminum board thickness: 1.5mm (maximum not exceeding 8mm).
• For thickness >1mm, the narrowest border dimension should be ≥3mm.
• For thickness <1mm, the narrowest border dimension should be ≥5mm.

2. Surface Treatment Options

• Multiple processes available: HASL, ENIG, Gold Plating, etc.
• HASL is not recommended for copper-based boards.

IV. Prozessspezifikationen für verschiedene Metallkern-Leiterplatten

Single-Sided Metal Core PCB

Prozess-Typ	Drilling Specifications	Besondere Anforderungen
PP Lamination	① Aspect ratio 10:1 ② Component holes ≥0.8mm ③ Vias 0.3–0.8mm	Counterbore ≥1.0mm Angle 82–165°
Dielectric Bonding	① Hole wall spacing ≥0.5mm ② Component holes ≥0.8mm ③ Vias 0.3–0.8mm	Metal core tolerance ±0.1mm

Application Scope: LED lighting and other scenarios requiring heat dissipation.

Double-Sided/Multi-layer Metal Core PCB

• Drilling Specifications:
• Aspect ratio 10:1
• Component holes ≥1.0mm
• Vias 0.3–0.8mm
• Board thickness range: 0.8–3.5mm (maximum 8mm)

Application Scope: Communication equipment, electronic control systems.

Sintered Metal Core PCB

• Copper Block Specifications:

• Thickness: 1.0/1.5/2.0/3.0mm
• Area: 50×50mm to 200×200mm

• Design Key Points:

• Connection areas must have exposed copper.
• At least one 0.3mm vent hole per 20×20mm area.
• Solder mask dams to prevent solder flow.

• Surface Process: ENIG (supports 2 reflow cycles).

Application Scope: Heat dissipation solutions for high-power components.

Embedded Copper Metal Core PCB

• Copper Block Requirements:

• Size: 3×3mm to 60×80mm
• Thickness: 1.0–3.0mm
• Spacing: ≥7mm

• Process Limitations:

• 20mil keep-out zone around copper blocks.
• HDI and resin plugging are not supported after lamination.
• Lamination cycles ≤2.

Application Scope: Scenarios requiring localized high heat dissipation.

Cold Plate Process

• Standard aluminum plate thickness: 1.5mm
• Drilling rules follow standard PCB specifications.
• Supports HASL, ENIG, and Gold Plating processes.

Application Scope: High-reliability fields such as aerospace and power modules.

Rigid-Flex Metal Core PCB

• Combines the advantages of rigid metal cores and flexible circuits.
• Component holes require ≥1.2mm.
• Supports various structures, including cold plates, sintered, and embedded copper.

Application Scope: Applications requiring both heat dissipation and assembly flexibility.

V. Zusammenfassung der Prozessvorteile

Through TOPFAST’s professional process control, metal core PCBs ensure:

• Excellent thermal management performance.
• Higher mechanical strength.
• Adaptability to complex environments.
• Meeting high-density installation requirements.

All processes undergo strict quality control, providing customers with reliable heat dissipation solutions.

Umfassende vergleichende Analyse von Metallkern-Leiterplatten und FR-4-Leiterplatten

Vergleich der Kernmerkmale

Charakteristisch	Metal Core PCB (MCPCB)	FR-4 PCB
Wärmeleitfähigkeit	1-7 W/m·K	0.3-0.4 W/m·K
Strukturelle Festigkeit	High rigidity, excellent vibration resistance	Medium rigidity
Thermisches Management	Direct heat conduction through the metal layer	Relies on thermal vias
Kostenniveau	Relativ hoch	Kostengünstig
Processing	Special cutting requirements	Standard process flow

Material- und Strukturunterschiede

Metallkern-Leiterplatte

• Base Material: Aluminum or copper metal substrate
• Structure: Three-layer composite (copper foil + dielectric layer + metal core)
• Surface Treatment: Insulating coatings such as aluminum oxide
• TOPFAST Solution: Provides optimized laminated structure design

FR-4 PCB

• Base Material: Glass fiber reinforced epoxy resin
• Structure: Supports flexible designs from single to multi-layer
• Features: Stable dielectric performance, wide processing adaptability

Eingehende Analyse der Leistungsparameter

Thermische Leistung

• Metal Core PCB: Thermal conductivity approximately 600 times that of FR-4, suitable for high heat dissipation scenarios
• FR-4 PCB: Poor thermal conductivity, glass transition temperature 130-180°C

Mechanical Characteristics

• Metal Core PCB: Thickness range 0.8-4mm, excellent mechanical strength
• FR-4 PCB: Thickness range 0.2-5mm+, good processing flexibility

Kosten-Nutzen-Analyse

Metallkern-Leiterplatte

• Material Cost: Higher due to metal substrate and special insulation layers
• Process Cost: Specialized processing equipment, high process complexity
• TOPFAST Value: Cost control through optimized production processes

FR-4 PCB

• Material Cost: Affordable base materials, suitable for mass production
• Process Cost: Mature process route, significant scale effects

Anwendungsszenario-Leitfaden

Metallkern-Leiterplattenanwendungen

• High-power LED lighting systems
• Power conversion modules
• Automotive electronic control systems
• Industrial motor drives
• TOPFAST Expertise: Customized solutions for high heat dissipation requirements

FR-4 PCB Applications

• Computers and peripherals
• Communication infrastructure
• Unterhaltungselektronik
• General industrial control

Auswahlstrategie für Leiterplatten mit Metallkern

Based on Heat Dissipation Requirements

• Aluminum substrate: Thermal conductivity 1.0-6.0 W/(m·K), optimal cost-performance
• Copper substrate: Thermal conductivity ~388 W/m·K, high-performance choice
• Ceramic substrate: Thermal conductivity 150-220 W/(m·K), special applications

Based on the Operating Environment

• High-temperature environment: FR-4 high Tg board or aluminum substrate
• Conventional environment: Standard FR-4 material

Based on Electrical Performance

• High-frequency applications: Specialized high-frequency materials
• Conventional applications: Standard FR-4 materials

Based on Mechanical Requirements

• Lightweight requirements: The Aluminum substrate has obvious advantages
• Cost-sensitive scenarios: Comprehensive evaluation of lifecycle costs

Wichtige Entscheidungspunkte bei der Auswahl

1. Define Core Requirements: Heat dissipation performance vs. cost control
2. Evaluate Operating Environment: Temperature range, vibration conditions
3. Analyze Signal Requirements: Frequency characteristics, impedance control
4. Consider Manufacturing Factors: Process feasibility, delivery cycle
5. Leverage Professional Support: TOPFAST provides comprehensive technical consultation

Through systematic evaluation processes and professional material selection, the most suitable PCB solution can be matched for specific applications, achieving the optimal balance between performance, reliability, and cost.

So wählen Sie die richtige Leiterplatte mit Metallkern für bestimmte Anwendungen aus

Selecting a metal core printed circuit board (MCPCB) requires a systematic evaluation framework.

I. Kernauswahldimensionen

1. Thermal Performance Requirements

• Aluminium-Substrat: Thermal conductivity 1.0-6.0 W/(m·K), optimal cost-performance
• Suitable for: High-power LED lighting, power conversion modules
• Copper Substrate: Thermal conductivity ~388 W/(m·K), excellent heat dissipation
• Suitable for: Automotive electronics, high-power lasers
• Ceramic Substrate: Thermal conductivity 150-220 W/(m·K), excellent high-frequency characteristics
• Suitable for: IGBT, SiC power modules

2. Operating Environment Temperature

• High-temperature environment (>150°C): Aluminum substrate or FR-4 high Tg material
• Conventional environment: Standard FR-4 sufficient

3. Signal Integrity Requirements

• High-frequency applications: Choose PTFE or Rogers high-frequency materials
• Conventional applications: Standard FR-4 offers a better cost advantage

II. Alternative Lösungen zur Wärmeableitung für Leiterplatten mit Metallkern

1. Ceramic Substrate Solutions

• Aluminum nitride substrate: Thermal conductivity 170-200 W/(m·K)
• Aluminum oxide substrate: Thermal conductivity 30-40 W/(m·K), significant cost advantage

2. Composite Material Solutions

• Aluminum-based composites: Thermal conductivity 10-20 W/(m·K)
• Copper-based composites: Thermal conductivity 180-300 W/(m·K)

3. Advanced Heat Dissipation Technologies

• Embedded heat pipes: Equivalent thermal conductivity >5000 W/(m·K)
• Vapor chamber technology: Temperature difference control accuracy ±2°C
• Nano-silver sintering: Thermal conductivity >200 W/(m·K)

III. Auswahlentscheidungsmatrix

Anwendungsszenario	Recommended Solution	Die wichtigsten Vorteile
High-power density LED	Aluminum substrate + heat pipes	Balanced heat dissipation efficiency and cost
Automotive power modules	Copper substrate/Ceramic substrate	High reliability, high temperature resistance
Unterhaltungselektronik	FR-4 + heat sinks	Optimal cost
Luft- und Raumfahrt	Ceramic substrate + vapor chamber	Extreme environment adaptability

Anwendungsbereiche

Metal Core Printed Circuit Boards (MCPCBs) are widely used in the following key areas due to their excellent thermal performance and reliability:

• LED-Beleuchtung: High-power spotlights, general lighting, and backlight modules
• Kfz-Elektronik: Electronic control systems and power management modules for electric/hybrid vehicles
• Leistungselektronik: Motor drives, solid-state relays, and high-frequency power equipment
• Neue Energie: Solar inverters and photovoltaic control systems
• Industrielle Steuerung: High-precision motion controllers and automation equipment drive systems

Über TOPFAST

Headquartered in China, TOPFAST is a one-stop PCB solution provider specializing in rapid prototyping and small-batch manufacturing. We focus on overseas markets and are committed to providing professional and reliable PCB manufacturing services to global customers.

Our Advantages:

• Professional Expertise: Specializing in metal core PCBs, delivering high-quality manufacturing services
• Efficient Delivery: Strictly adhering to our “high quality, fast delivery” service standard
• Customer Trust: Earning high international market recognition through consistent product quality and on-time delivery commitments

TOPFAST remains committed to customer satisfaction as our core principle, striving to become the most trusted PCB partner for global clients.

Zusammenfassung

Metal Core Printed Circuit Boards (MCPCB) represent a core technology in modern electronic thermal management. By combining metal substrates (such as aluminum and copper) with highly thermally conductive dielectric layers, they achieve heat dissipation efficiency far superior to traditional FR-4 substrates. Widely used in high-power applications like LED lighting, automotive electronics, new energy, and industrial control, MCPCBs enhance device reliability and power density while effectively addressing thermal management challenges in high-temperature environments. With the development of emerging technologies like 5G and electric vehicles, metal core PCBs continue to make breakthroughs in material innovation (such as ceramic substrates and composite materials) and process optimization (such as embedded heat dissipation), providing more efficient thermal solutions for high-power electronic devices.

Häufig gestellte Fragen zu MCPCB