Placa de circuito impreso con base metálica (MCPCB)

¿Qué es una placa de circuito impreso con base metálica?

Una placa de circuito impreso con base metálica (Metal Core PCB, abreviada como MCPCB) es una innovadora solución de placa de circuito que utiliza material metálico como sustrato. En comparación con los sustratos FR-4 tradicionales, la MCPCB utiliza su estructura única de sustrato metálico para transferir de manera eficiente el calor generado durante el funcionamiento del circuito desde las áreas críticas de los componentes a áreas no críticas, como los disipadores de calor o el propio sustrato metálico, logrando una gestión térmica excepcional.

Entre ellos, el sustrato de aluminio proporcionado por TOPFAST Es una categoría importante de placas de circuito impreso con base metálica, que entra dentro del ámbito técnico de los laminados revestidos de cobre con base metálica. Este producto utiliza material de aluminio de alta calidad como sustrato central, combinando a la perfección una excelente conductividad térmica con propiedades de aislamiento fiables. Es especialmente adecuado para aplicaciones con requisitos estrictos de disipación del calor, como la iluminación LED y los módulos de alimentación. Con procesos de producción avanzados y un estricto control de calidad, TOPFAST ofrece soluciones de sustrato de aluminio de alto rendimiento y gran fiabilidad.

Análisis de la estructura de los PCB con núcleo metálico (MCPCB)

La placa de circuito impreso con núcleo metálico (MCPCB), también conocida como sustrato metálico aislado (IMS) o placa de circuito impreso con metal aislado (IMPCB), está diseñada con la disipación eficiente del calor como principio fundamental. Su estructura multicapa típica presenta una distribución simétrica de las capas. Por ejemplo, en una placa de 12 capas, el núcleo metálico se coloca en el centro, flanqueado uniformemente por seis capas no metálicas a cada lado para garantizar la estabilidad estructural y una transferencia de calor equilibrada.

Componentes estructurales básicos

La estructura laminada del MCPCB se compone principalmente de los siguientes elementos clave:

• Capa de circuito: 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.
• Capa de aislamiento térmico: Esta es la tecnología central del sustrato de aluminio. Normalmente compuesta por un polímero especial relleno de partículas cerámicas, esta capa ofrece una excelente conductividad térmica, una alta resistencia al aislamiento eléctrico y resiliencia mecánica. TOPFAST emplea sistemas de materiales de alta gama, como los similares a IMS-H01 y LED-0601, para esta capa aislante. Estos materiales presentan una resistencia térmica mínima, transfieren el calor de manera eficaz y soportan el estrés térmico a largo plazo para garantizar la longevidad del producto.
• Capa base metálica: Esta capa, que sirve como soporte estructural y vía principal de disipación del calor, suele estar fabricada con aluminio, un material altamente conductor del calor, o incluso con cobre, que es aún más conductor. Las placas base metálicas de TOPFAST no solo ofrecen un rendimiento térmico superior, sino que también son adecuadas para procesos mecánicos de precisión, como taladrado y punzonado, lo que permite adaptarlas a requisitos de aplicación complejos.

Sustrato de aluminio TOPFAST: integración de rendimiento superior

Los sustratos de aluminio de TOPFAST son productos representativos en la categoría de laminados revestidos de cobre con base metálica, que integran una excelente conductividad térmica, un aislamiento eléctrico fiable y una extraordinaria capacidad de procesamiento mecánico. Cumplimos estrictamente las normas de tratamiento de superficies, como el chapado en oro, el oro por inmersión, la pulverización de estaño (incluidos los procesos sin plomo) y la oxidación OSP, lo que garantiza que cada placa mantenga un alto rendimiento y una larga vida útil incluso en condiciones exigentes.

Tipos y ventajas de los PCB con núcleo metálico

Las placas de circuito impreso con núcleo metálico incluyen principalmente tres tipos: PCB con base de aluminio, con base de cobre y con base de hierro. La siguiente tabla ofrece una comparación detallada de las características clave de las PCB con base de aluminio y con base de cobre, junto con un resumen sistemático de las ventajas técnicas generales de esta categoría de placas.

Aspecto	PCB con base de aluminio	PCB con base de cobre
Características principales	Elección equilibrada en cuanto a coste, peso y rendimiento.	Conductividad térmica y rendimiento de primer nivel para condiciones extremas.
Conductividad térmica	5 – 2.0 W/(m·K)	Up to 386 W/(m·K)
Coeficiente de expansión térmica	Approx. 25 μm/m°C	Approx. 17 μm/m°C
Espesor típico del sustrato	2 - 8 mm	Personalizado según los requisitos de diseño.
Resistencia al pelado	> 9 lb/pulgada	> 9 lb/pulgada
Tensión de ruptura	> 3000 V	> 3000 V
Clasificación de resistencia al fuego	UL 94V-0	UL 94V-0
Principales ventajas	• Excellent thermal conductivity and dissipation • Relatively lightweight • Recomendación de TOPFAST: Opción rentable	• Superior thermal performance • Better thermal stability • Solución TOPFAST: Diseñada para necesidades de alto rendimiento
Tipos comunes	PCB de aluminio de una sola capa, doble capa y multicapa	Sinterizado, cobre incrustado, placas frías, etc.

Ventajas técnicas integrales de los PCB con núcleo metálico

Ventaja	Descripción	Valor para los clientes
Disipación eficiente del calor	Thermal conductivity (1-7 W/m·K) is 8-9 times that of FR-4, rapidly reducing component operating temperatures.	Aumenta la densidad de potencia del producto, prolonga la vida útil del dispositivo y mejora la fiabilidad a largo plazo.
Robustez estructural	La capa central metálica proporciona una alta resistencia mecánica, con una gran resistencia a los impactos y las vibraciones.	Productos TOPFAST Son especialmente adecuados para entornos difíciles, como aplicaciones automovilísticas e industriales.
Flexibilidad de diseño	La capa metálica se puede grabar en disipadores térmicos personalizados (por ejemplo, los de TOPFAST). Estructura integrada de disipación del calor), lo que simplifica el diseño del sistema.	Ahorra espacio y costes asociados a los componentes externos de disipación del calor, lo que permite diseños de productos más compactos.
Alta fiabilidad	El bajo coeficiente de expansión térmica reduce la tensión térmica, lo que minimiza significativamente la fatiga de las juntas soldadas y los riesgos de separación de los componentes.	Reduce las tasas de fallos en el campo, disminuye los costes de mantenimiento y protege la reputación de la marca.
Materiales ecológicos	Los sustratos metálicos (aluminio, cobre) son reciclables, lo que se ajusta a las tendencias de fabricación ecológica.	Ayuda a los clientes a cumplir con las normativas medioambientales y a crear una imagen de producto ecológico.

Especificaciones del proceso de placas de circuito impreso con núcleo metálico

I. Diseño de la estructura de laminación

1. Se adopta una estructura de laminación simétrica para garantizar una distribución equilibrada de las capas a ambos lados de la capa metálica.
2. Mantenga una distribución simétrica de la capa de cobre para evitar que la placa se deforme.
3. Standard dielectric layer thickness: 0.003–0.006 inches.

II. Requisitos especiales del proceso

1. Tratamiento de orificios pasantes chapadosLas piezas metálicas deben someterse a un tratamiento de aislamiento.
2. Proceso de perforación: Se utilizan sierras para cortar metal con recubrimiento de diamante.
3. Proceso de máscara de soldadura: Para las placas LED se recomienda utilizar tinta blanca para máscara de soldadura.

III. Especificaciones detalladas del diseño

1. Especificaciones del diseño de los bordes

• 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.
• Abra una ranura completa cuando la distancia entre las paredes del orificio del componente sea inferior a 1,15 mm.
• Espesor estándar de la placa de aluminio: 1,5 mm (máximo no superior a 8 mm).
• For thickness >1mm, the narrowest border dimension should be ≥3mm.
• For thickness <1mm, the narrowest border dimension should be ≥5mm.

2. Opciones de tratamiento superficial

• Múltiples procesos disponibles: HASL, ENIG, chapado en oro, etc.
• No se recomienda el uso de HASL en placas con base de cobre.

IV. Especificaciones del proceso para diversos PCB con núcleo metálico

Placa de circuito impreso con núcleo metálico de una sola cara

Tipo de proceso	Especificaciones de perforación	Requisitos especiales
Laminado PP	① Aspect ratio 10:1 ② Component holes ≥0.8mm ③ Vias 0.3–0.8mm	Counterbore ≥1.0mm Angle 82–165°
Unión dieléctrica	① Hole wall spacing ≥0.5mm ② Component holes ≥0.8mm ③ Vias 0.3–0.8mm	Metal core tolerance ±0.1mm

Ámbito de aplicación: Iluminación LED y otros escenarios que requieren disipación de calor.

PCB de doble cara/multicapa con núcleo metálico

• Especificaciones de perforación:
• Relación de aspecto 10:1
• Component holes ≥1.0mm
• Vias 0.3–0.8mm
• Board thickness range: 0.8–3.5mm (maximum 8mm)

Ámbito de aplicaciónEquipos de comunicación, sistemas de control electrónico.

Placa de circuito impreso con núcleo metálico sinterizado

• Especificaciones del bloque de cobre:

• Espesor: 1,0/1,5/2,0/3,0 mm
• Area: 50×50mm to 200×200mm

• Puntos clave del diseño:

• Las áreas de conexión deben tener cobre expuesto.
• At least one 0.3mm vent hole per 20×20mm area.
• Máscaras de soldadura para evitar el flujo de soldadura.

• Proceso superficial: ENIG (admite 2 ciclos de reflujo).

Ámbito de aplicaciónSoluciones de disipación térmica para componentes de alta potencia.

Placa de circuito impreso con núcleo metálico de cobre integrado

• Requisitos del bloque de cobre:

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

• Limitaciones del proceso:

• Zona de exclusión de 20 milímetros alrededor de los bloques de cobre.
• El HDI y el taponado con resina no son compatibles después de la laminación.
• Lamination cycles ≤2.

Ámbito de aplicación: Escenarios que requieren una disipación de calor elevada y localizada.

Proceso de placa fría

• Espesor estándar de la placa de aluminio: 1,5 mm.
• Las normas de perforación siguen las especificaciones estándar para placas de circuito impreso.
• Compatible con los procesos HASL, ENIG y chapado en oro.

Ámbito de aplicación: Campos de alta fiabilidad, como el aeroespacial y los módulos de potencia.

Placa de circuito impreso rígido-flexible con núcleo metálico

• Combina las ventajas de los núcleos metálicos rígidos y los circuitos flexibles.
• Component holes require ≥1.2mm.
• Admite diversas estructuras, incluyendo placas frías, sinterizadas y cobre incrustado.

Ámbito de aplicación: Aplicaciones que requieren tanto disipación de calor como flexibilidad de montaje.

V. Resumen de las ventajas del proceso

Gracias al control profesional de procesos de TOPFAST, los PCB con núcleo metálico garantizan:

• Excelente rendimiento en la gestión térmica.
• Mayor resistencia mecánica.
• Adaptabilidad a entornos complejos.
• Cumplimiento de los requisitos de instalación de alta densidad.

Todos los procesos se someten a un estricto control de calidad, lo que proporciona a los clientes soluciones fiables para la disipación del calor.

Análisis comparativo exhaustivo de placas de circuito impreso con núcleo metálico frente a placas de circuito impreso FR-4

Comparación de características principales

Característica	Placa de circuito impreso con núcleo metálico (MCPCB)	PCB FR-4
Conductividad térmica	1-7 W/m·K	0.3-0.4 W/m·K
Resistencia estructural	Alta rigidez, excelente resistencia a las vibraciones.	Rigidez media
Gestión térmica	Conducción directa del calor a través de la capa metálica.	Se basa en vías térmicas.
Nivel de costes	Relativamente alto	Rentable
Procesamiento	Requisitos especiales de corte	Flujo de proceso estándar

Diferencias materiales y estructurales

Núcleo metálico PCB

• Material base: sustrato metálico de aluminio o cobre.
• Estructura: compuesto de tres capas (lámina de cobre + capa dieléctrica + núcleo metálico)
• Tratamiento superficial: Recubrimientos aislantes como el óxido de aluminio.
• Solución TOPFAST: Proporciona un diseño optimizado de la estructura laminada.

PCB FR-4

• Material base: Resina epoxi reforzada con fibra de vidrio.
• Estructura: admite diseños flexibles, desde una sola capa hasta múltiples capas.
• Características: Rendimiento dieléctrico estable, amplia adaptabilidad de procesamiento.

Análisis detallado de los parámetros de rendimiento

Rendimiento térmico

• PCB con núcleo metálico: conductividad térmica aproximadamente 600 veces superior a la del FR-4, adecuado para situaciones de alta disipación de calor.
• FR-4 PCB: Poor thermal conductivity, glass transition temperature 130-180°C

Características mecánicas

• PCB con núcleo metálico: rango de espesor de 0,8 a 4 mm, excelente resistencia mecánica.
• PCB FR-4: rango de espesor de 0,2-5 mm+, buena flexibilidad de procesamiento.

Análisis coste-beneficio

Núcleo metálico PCB

• Coste del material: más elevado debido al sustrato metálico y a las capas aislantes especiales.
• Coste del proceso: Equipos de procesamiento especializados, alta complejidad del proceso.
• Valor TOPFASTControl de costes mediante procesos de producción optimizados.

PCB FR-4

• Coste de los materiales: materiales básicos asequibles, adecuados para la producción en masa.
• Coste del proceso: Ruta de proceso madura, efectos de escala significativos.

Guía de escenarios de aplicación

Aplicaciones de PCB con núcleo metálico

• Sistemas de iluminación LED de alta potencia
• Módulos de conversión de potencia
• Sistemas electrónicos de control para automóviles
• Accionamientos industriales para motores
• Experiencia de TOPFAST: Soluciones personalizadas para requisitos de alta disipación de calor.

Aplicaciones de PCB FR-4

• Ordenadores y periféricos
• Infraestructura de comunicaciones
• Electrónica de consumo
• Control industrial general

Estrategia de selección de PCB con núcleo metálico

Basado en los requisitos de disipación del calor

• 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

Basado en el entorno operativo

• Entorno de alta temperatura: placa FR-4 de alta Tg o sustrato de aluminio.
• Entorno convencional: material FR-4 estándar.

Basado en el rendimiento eléctrico

• Aplicaciones de alta frecuencia: Materiales especializados para alta frecuencia
• Aplicaciones convencionales: materiales FR-4 estándar.

Basado en requisitos mecánicos

• Requisitos de ligereza: el sustrato de aluminio presenta ventajas evidentes.
• Escenarios sensibles al coste: evaluación exhaustiva de los costes del ciclo de vida.

Puntos clave para la toma de decisiones sobre la selección

1. Definir los requisitos básicos: Rendimiento de disipación del calor frente a control de costes
2. Evaluar el entorno operativo: Rango de temperatura, condiciones de vibración
3. Analizar los requisitos de la señal: Características de frecuencia, control de impedancia
4. Considerar los factores de fabricación: Viabilidad del proceso, ciclo de entrega
5. Aprovecha el apoyo profesional: TOPFAST ofrece asesoramiento técnico integral

Mediante procesos de evaluación sistemáticos y una selección profesional de materiales, se puede encontrar la solución de PCB más adecuada para aplicaciones específicas, logrando el equilibrio óptimo entre rendimiento, fiabilidad y coste.

Cómo elegir la placa de circuito impreso con núcleo metálico adecuada para aplicaciones específicas

La selección de una placa de circuito impreso con núcleo metálico (MCPCB) requiere un marco de evaluación sistemático.

I. Dimensiones fundamentales de la selección

1. Requisitos de rendimiento térmico

• Sustrato de aluminio: Thermal conductivity 1.0-6.0 W/(m·K), optimal cost-performance
• Adecuado para: Iluminación LED de alta potencia, módulos de conversión de potencia.
• Sustrato de cobre: Thermal conductivity ~388 W/(m·K), excellent heat dissipation
• Adecuado para: Electrónica automotriz, láseres de alta potencia
• Sustrato cerámico: Thermal conductivity 150-220 W/(m·K), excellent high-frequency characteristics
• Adecuado para: módulos de potencia IGBT, SiC

2. Temperatura del entorno operativo

• Entorno de alta temperatura (>150°C): Aluminum substrate or FR-4 high Tg material
• Entorno convencional: FR-4 estándar suficiente

3. Requisitos de integridad de la señal

• Aplicaciones de alta frecuencia: Elija materiales de alta frecuencia de PTFE o Rogers.
• Aplicaciones convencionales: El FR-4 estándar ofrece una mejor ventaja en cuanto a costes.

II. Soluciones alternativas para la disipación del calor en placas de circuito impreso con núcleo metálico

1. Soluciones de sustratos cerámicos

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

2. Soluciones de materiales compuestos

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

3. Tecnologías avanzadas de disipación del calor

• 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. Matriz de decisión de selección

Escenario de aplicación	Solución recomendada	Principales ventajas
LED de alta densidad de potencia	Sustrato de aluminio + tubos de calor	Eficiencia y coste equilibrados en la disipación del calor
Módulos de potencia para automoción	Sustrato de cobre/Sustrato cerámico	Alta fiabilidad, alta resistencia a la temperatura
Electrónica de consumo	FR-4 + disipadores térmicos	Coste óptimo
Aeroespacial	Sustrato cerámico + cámara de vapor	Adaptabilidad a entornos extremos

Campos de aplicación

Las placas de circuito impreso con núcleo metálico (MCPCB) se utilizan ampliamente en las siguientes áreas clave debido a su excelente rendimiento térmico y fiabilidad:

• Iluminación LED: Focos de alta potencia, iluminación general y módulos de retroiluminación.
• Electrónica del automóvil: Sistemas de control electrónico y módulos de gestión de energía para vehículos eléctricos/híbridos.
• Electrónica de potencia: Accionamientos de motor, relés de estado sólido y equipos de potencia de alta frecuencia.
• Nueva energía: Inversores solares y sistemas de control fotovoltaico
• Control industrialControladores de movimiento de alta precisión y sistemas de accionamiento para equipos de automatización.

Acerca de TOPFAST

Con sede en China, TOPFAST es un proveedor integral de soluciones de PCB especializado en la creación rápida de prototipos y la fabricación de lotes pequeños. Nos centramos en los mercados extranjeros y nos comprometemos a proporcionar servicios de fabricación de PCB profesionales y fiables a clientes de todo el mundo.

Nuestras ventajas:

• Experiencia profesional: Especializados en placas de circuito impreso con núcleo metálico, ofrecemos servicios de fabricación de alta calidad.
• Entrega eficiente: Cumpliendo estrictamente con nuestro estándar de servicio de «alta calidad y entrega rápida».
• Confianza del cliente: Obtener un alto reconocimiento en el mercado internacional gracias a la calidad constante de los productos y al cumplimiento de los plazos de entrega.

TOPFAST mantiene su compromiso con la satisfacción del cliente como principio fundamental y se esfuerza por convertirse en el socio de PCB más fiable para clientes de todo el mundo.

Resumen

Las placas de circuito impreso con núcleo metálico (MCPCB) representan una tecnología fundamental en la gestión térmica electrónica moderna. Al combinar sustratos metálicos (como aluminio y cobre) con capas dieléctricas altamente conductoras del calor, logran una eficiencia de disipación del calor muy superior a la de los sustratos FR-4 tradicionales. Ampliamente utilizadas en aplicaciones de alta potencia como iluminación LED, electrónica automotriz, nuevas energías y control industrial, las MCPCB mejoran la fiabilidad y la densidad de potencia de los dispositivos, al tiempo que abordan eficazmente los retos de gestión térmica en entornos de alta temperatura. Con el desarrollo de tecnologías emergentes como el 5G y los vehículos eléctricos, las PCB con núcleo metálico siguen logrando avances en la innovación de materiales (como sustratos cerámicos y materiales compuestos) y la optimización de procesos (como la disipación de calor integrada), lo que proporciona soluciones térmicas más eficientes para los dispositivos electrónicos de alta potencia.

Preguntas frecuentes sobre MCPCB