Placa de circuito impresso à base de metal (MCPCB)

O que é uma placa de circuito impresso à base de metal?

Uma placa de circuito impresso com base metálica (Metal Core PCB, abreviada como MCPCB) é uma solução inovadora de placa de circuito que utiliza material metálico como substrato. Em comparação com os substratos FR-4 tradicionais, a MCPCB utiliza sua estrutura única de substrato metálico para transferir eficientemente o calor gerado durante a operação do circuito de áreas críticas de componentes para áreas não críticas, como dissipadores de calor ou o próprio substrato metálico, alcançando um gerenciamento térmico excepcional.

Entre estes, o substrato de alumínio fornecido pela TOPFAST é uma categoria importante de placas de circuito impresso à base de metal, enquadrada no âmbito técnico dos laminados revestidos de cobre à base de metal. Este produto utiliza material de alumínio de alta qualidade como substrato central, combinando perfeitamente uma excelente condutividade térmica com propriedades de isolamento confiáveis. É particularmente adequado para aplicações com requisitos rigorosos de dissipação de calor, como iluminação LED e módulos de alimentação. Com processos de produção avançados e controle de qualidade rigoroso, a TOPFAST oferece soluções de substrato de alumínio de alto desempenho e altamente confiáveis.

Análise da estrutura do PCB com núcleo metálico (MCPCB)

A placa de circuito impresso com núcleo metálico (MCPCB), também conhecida como substrato metálico isolado (IMS) ou placa de circuito impresso metálico isolado (IMPCB), foi projetada com a dissipação eficiente de calor como princípio fundamental. Sua estrutura multicamadas típica apresenta distribuição simétrica das camadas. Por exemplo, em uma placa de 12 camadas, o núcleo metálico está posicionado no centro, ladeado uniformemente por seis camadas não metálicas de cada lado para garantir a estabilidade estrutural e a transferência de calor equilibrada.

Componentes estruturais essenciais

A estrutura laminada do MCPCB consiste principalmente nos seguintes elementos-chave:

• Camada 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.
• Camada de isolamento térmico: Esta é a tecnologia central do substrato de alumínio. Normalmente composta por um polímero especial preenchido com partículas cerâmicas, esta camada oferece excelente condutividade térmica, alta resistência de isolamento elétrico e resiliência mecânica. A TOPFAST emprega sistemas de materiais de alta qualidade, como os similares ao IMS-H01 e LED-0601, para esta camada de isolamento. Esses materiais apresentam resistência térmica mínima, transferindo calor de forma eficaz e suportando estresse térmico de longo prazo para garantir a longevidade do produto.
• Camada base metálica: Servindo como suporte estrutural e principal caminho de dissipação de calor, essa camada é normalmente feita de alumínio altamente condutor térmico ou mesmo de cobre, que é ainda mais condutor. As placas de base metálicas da TOPFAST não só oferecem desempenho térmico superior, como também são adequadas para processamento mecânico de precisão, como perfuração e puncionamento, para atender a requisitos de aplicação complexos.

Substrato de alumínio TOPFAST: integração de desempenho superior

Os substratos de alumínio da TOPFAST são produtos representativos na categoria de laminados revestidos de cobre à base de metal, integrando excelente condutividade térmica, isolamento elétrico confiável e excelente processabilidade mecânica. Cumprimos rigorosamente as normas de tratamento de superfície, tais como revestimento de ouro, imersão em ouro, pulverização de estanho (incluindo processos sem chumbo) e antioxidação OSP, garantindo que cada placa mantenha um alto desempenho e longa vida útil, mesmo em condições exigentes.

Tipos e vantagens das placas de circuito impresso com núcleo metálico

As placas de circuito impresso com núcleo metálico incluem principalmente três tipos: PCBs à base de alumínio, cobre e ferro. A tabela a seguir fornece uma comparação detalhada das principais características das PCBs à base de alumínio e cobre, juntamente com um resumo sistemático das vantagens técnicas gerais dessa categoria de placas.

Aspecto	PCB à base de alumínio	PCB à base de cobre
Características principais	Escolha equilibrada em termos de custo, peso e desempenho	Condutividade térmica e desempenho de alto nível para condições extremas
Condutividade térmica	5 – 2.0 W/(m·K)	Up to 386 W/(m·K)
Coeficiente de expansão térmica	Approx. 25 μm/m°C	Approx. 17 μm/m°C
Espessura típica do substrato	2 – 8 mm	Personalizado com base nos requisitos de design
Resistência ao descascamento	> 9 lb/pol.	> 9 lb/pol.
Tensão de ruptura	> 3000 V	> 3000 V
Classificação de resistência ao fogo	UL 94V-0	UL 94V-0
Principais vantagens	• Excellent thermal conductivity and dissipation • Relatively lightweight • Recomendação da TOPFAST: Opção econômica	• Superior thermal performance • Better thermal stability • Solução TOPFAST: Projetada para necessidades de alto desempenho
Tipos comuns	PCBs de alumínio de camada única, camada dupla e multicamadas	Sinterizado, cobre incorporado, placas frias, etc.

Vantagens técnicas abrangentes das placas de circuito impresso com núcleo metálico

Vantagens	Descrição	Valor para os clientes
Dissipação eficiente do calor	Thermal conductivity (1-7 W/m·K) is 8-9 times that of FR-4, rapidly reducing component operating temperatures.	Aumenta a densidade de potência do produto, prolonga a vida útil do dispositivo e melhora a confiabilidade a longo prazo.
Robustez estrutural	A camada central metálica proporciona elevada resistência mecânica, com forte resistência ao impacto e à vibração.	Produtos TOPFAST são particularmente adequados para ambientes adversos, como aplicações automotivas e industriais.
Flexibilidade de design	A camada metálica pode ser gravada em dissipadores de calor personalizados (por exemplo, TOPFAST). Estrutura integrada de dissipação de calor), simplificando o projeto do sistema.	Economiza espaço e custos associados a componentes externos de dissipação de calor, permitindo designs de produtos mais compactos.
Alta confiabilidade	O baixo coeficiente de expansão térmica reduz o estresse térmico, minimizando significativamente a fadiga das juntas de solda e os riscos de separação dos componentes.	Reduz as taxas de falha em campo, diminui os custos de manutenção e protege a reputação da marca.
Materiais ecológicos	Os substratos metálicos (alumínio, cobre) são recicláveis, em consonância com as tendências de fabricação ecológica.	Ajuda os clientes a cumprir as regulamentações ambientais e a construir uma imagem de produto ecológico.

Especificações do processo de placa de circuito impresso com núcleo metálico

I. Projeto da estrutura de laminação

1. Uma estrutura de laminação simétrica é adotada para garantir uma distribuição equilibrada das camadas em ambos os lados da camada metálica.
2. Mantenha uma distribuição simétrica da camada de cobre para evitar a deformação da placa.
3. Standard dielectric layer thickness: 0.003–0.006 inches.

II. Requisitos especiais do processo

1. Tratamento de furos metalizadosAs peças metálicas devem ser submetidas a tratamento de isolamento.
2. Processo de perfuraçãoSão utilizadas serras de corte de metal revestidas com diamante.
3. Processo de máscara de solda: A tinta branca para máscara de solda é preferível para placas LED.

III. Especificações detalhadas do projeto

1. Especificações do design da borda

• 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 um slot completo quando a distância entre as paredes do orifício do componente for <1,15 mm.
• Espessura padrão da placa de alumínio: 1,5 mm (máximo não 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. Opções de tratamento de superfície

• Vários processos disponíveis: HASL, ENIG, banho de ouro, etc.
• O HASL não é recomendado para placas à base de cobre.

IV. Especificações do processo para várias placas de circuito impresso com núcleo metálico

PCB com núcleo metálico de um lado

Tipo de processo	Especificações de perfuração	Requisitos especiais
Laminação PP	① Aspect ratio 10:1 ② Component holes ≥0.8mm ③ Vias 0.3–0.8mm	Counterbore ≥1.0mm Angle 82–165°
Ligação dielétrica	① Hole wall spacing ≥0.5mm ② Component holes ≥0.8mm ③ Vias 0.3–0.8mm	Metal core tolerance ±0.1mm

Âmbito de aplicação: Iluminação LED e outros cenários que exigem dissipação de calor.

PCB com núcleo metálico de dupla face/multicamadas

• Especificações de perfuração:
• Proporção da imagem 10:1
• Component holes ≥1.0mm
• Vias 0.3–0.8mm
• Board thickness range: 0.8–3.5mm (maximum 8mm)

Âmbito de aplicaçãoEquipamentos de comunicação, sistemas de controle eletrônico.

PCB com núcleo metálico sinterizado

• Especificações do bloco de cobre:

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

• Pontos-chave do design:

• As áreas de conexão devem ter cobre exposto.
• At least one 0.3mm vent hole per 20×20mm area.
• Máscaras de solda para impedir o fluxo de solda.

• Processo de superfície: ENIG (suporta 2 ciclos de refluxo).

Âmbito de aplicaçãoSoluções de dissipação de calor para componentes de alta potência.

PCB com núcleo metálico de cobre incorporado

• Requisitos do bloco de cobre:

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

• Limitações do processo:

• Zona de exclusão de 20 milímetros ao redor dos blocos de cobre.
• HDI e tamponamento com resina não são suportados após a laminação.
• Lamination cycles ≤2.

Âmbito de aplicação: Cenários que exigem dissipação de calor elevada localizada.

Processo de placa fria

• Espessura padrão da placa de alumínio: 1,5 mm
• As regras de perfuração seguem as especificações padrão de PCB.
• Suporta processos HASL, ENIG e Gold Plating.

Âmbito de aplicação: Áreas de alta confiabilidade, como aeroespacial e módulos de energia.

PCB rígido-flexível com núcleo metálico

• Combina as vantagens dos núcleos metálicos rígidos e dos circuitos flexíveis.
• Component holes require ≥1.2mm.
• Suporta várias estruturas, incluindo placas frias, sinterizadas e cobre incorporado.

Âmbito de aplicação: Aplicações que exigem dissipação de calor e flexibilidade de montagem.

V. Resumo das vantagens do processo

Através do controle profissional de processos da TOPFAST, as placas de circuito impresso com núcleo metálico garantem:

• Excelente desempenho em gerenciamento térmico.
• Maior resistência mecânica.
• Adaptabilidade a ambientes complexos.
• Atendendo aos requisitos de instalação de alta densidade.

Todos os processos passam por um rigoroso controle de qualidade, proporcionando aos clientes soluções confiáveis de dissipação de calor.

Análise comparativa abrangente entre PCBs com núcleo metálico e PCBs FR-4

Comparação das características principais

Característica	PCB com núcleo metálico (MCPCB)	PCB FR-4
Condutividade térmica	1-7 W/m·K	0.3-0.4 W/m·K
Resistência estrutural	Alta rigidez, excelente resistência à vibração	Rigidez média
Gerenciamento térmico	Condução direta de calor através da camada metálica	Depende de vias térmicas
Nível de custo	Relativamente alto	Custo-benefício
Processamento	Requisitos especiais de corte	Fluxo do processo padrão

Diferenças materiais e estruturais

PCB com núcleo metálico

• Material base: Substrato metálico de alumínio ou cobre
• Estrutura: Compósito de três camadas (folha de cobre + camada dielétrica + núcleo metálico)
• Tratamento de superfície: Revestimentos isolantes, como óxido de alumínio
• Solução TOPFAST: Fornece um projeto otimizado da estrutura laminada

PCB FR-4

• Material base: Resina epóxi reforçada com fibra de vidro
• Estrutura: Suporta designs flexíveis, desde camadas únicas até múltiplas camadas
• Características: Desempenho dielétrico estável, ampla adaptabilidade de processamento

Análise aprofundada dos parâmetros de desempenho

Desempenho térmico

• PCB com núcleo metálico: condutividade térmica aproximadamente 600 vezes superior à do FR-4, adequado para cenários de alta dissipação de calor.
• FR-4 PCB: Poor thermal conductivity, glass transition temperature 130-180°C

Características mecânicas

• PCB com núcleo metálico: Espessura entre 0,8 e 4 mm, excelente resistência mecânica
• PCB FR-4: Faixa de espessura de 0,2-5 mm+, boa flexibilidade de processamento

Análise de custo-benefício

PCB com núcleo metálico

• Custo do material: Mais elevado devido ao substrato metálico e às camadas de isolamento especiais
• Custo do processo: Equipamento de processamento especializado, alta complexidade do processo
• Valor TOPFASTControle de custos por meio de processos de produção otimizados

PCB FR-4

• Custo do material: Materiais básicos acessíveis, adequados para produção em massa
• Custo do processo: Rota de processo madura, efeitos de escala significativos

Guia de Cenários de Aplicação

Aplicações de PCB com núcleo metálico

• Sistemas de iluminação LED de alta potência
• Módulos de conversão de energia
• Sistemas eletrônicos de controle automotivo
• Acionamentos industriais para motores
• Especialização da TOPFASTSoluções personalizadas para requisitos elevados de dissipação de calor

Aplicações do PCB FR-4

• Computadores e periféricos
• Infraestrutura de comunicação
• Eletrônicos de consumo
• Controle industrial geral

Estratégia de seleção de PCB com núcleo metálico

Com base nos requisitos de dissipação de 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

Com base no ambiente operacional

• Ambiente de alta temperatura: placa FR-4 de alta Tg ou substrato de alumínio
• Ambiente convencional: Material FR-4 padrão

Com base no desempenho elétrico

• Aplicações de alta frequência: Materiais especializados para alta frequência
• Aplicações convencionais: Materiais FR-4 padrão

Com base nos requisitos mecânicos

• Requisitos de leveza: O substrato de alumínio tem vantagens evidentes
• Cenários sensíveis ao custo: Avaliação abrangente dos custos do ciclo de vida

Pontos-chave para a decisão de seleção

1. Defina os requisitos essenciaisDesempenho de dissipação de calor versus controle de custos
2. Avaliar o ambiente operacional: Faixa de temperatura, condições de vibração
3. Analisar os requisitos do sinal: Características de frequência, controle de impedância
4. Considere os fatores de fabricação: Viabilidade do processo, ciclo de entrega
5. Aproveite o suporte profissional: TOPFAST fornece consultoria técnica abrangente

Por meio de processos de avaliação sistemáticos e seleção profissional de materiais, é possível encontrar a solução de PCB mais adequada para aplicações específicas, alcançando o equilíbrio ideal entre desempenho, confiabilidade e custo.

Como escolher a placa de circuito impresso com núcleo metálico certa para aplicações específicas

A seleção de uma placa de circuito impresso com núcleo metálico (MCPCB) requer uma estrutura de avaliação sistemática.

I. Dimensões centrais da seleção

1. Requisitos de desempenho térmico

• Substrato de alumínio: Thermal conductivity 1.0-6.0 W/(m·K), optimal cost-performance
• Adequado para: Iluminação LED de alta potência, módulos de conversão de energia
• Substrato de cobre: Thermal conductivity ~388 W/(m·K), excellent heat dissipation
• Adequado para: Eletrônica automotiva, lasers de alta potência
• Substrato cerâmico: Thermal conductivity 150-220 W/(m·K), excellent high-frequency characteristics
• Adequado para: IGBT, módulos de potência SiC

2. Temperatura do ambiente operacional

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

3. Requisitos de integridade do sinal

• Aplicações de alta frequênciaEscolha materiais de alta frequência PTFE ou Rogers.
• Aplicações convencionaisO FR-4 padrão oferece uma melhor vantagem em termos de custo.

II. Soluções alternativas de dissipação de calor para placas de circuito impresso com núcleo metálico

1. Soluções de substratos cerâmicos

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

2. Soluções em materiais compostos

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

3. Tecnologias avançadas de dissipação de 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 decisão de seleção

Cenário do aplicativo	Solução recomendada	Principais vantagens
LED de alta densidade de potência	Substrato de alumínio + tubos de calor	Eficiência e custo equilibrados de dissipação de calor
Módulos de potência automotivos	Substrato de cobre/Substrato cerâmico	Alta confiabilidade, resistência a altas temperaturas
Eletrônicos de consumo	FR-4 + dissipadores de calor	Custo ideal
Aeroespacial	Substrato cerâmico + câmara de vapor	Adaptabilidade a ambientes extremos

Campos de aplicativos

As placas de circuito impresso com núcleo metálico (MCPCBs) são amplamente utilizadas nas seguintes áreas-chave devido ao seu excelente desempenho térmico e confiabilidade:

• Iluminação LED: Holofotes de alta potência, iluminação geral e módulos de luz de fundo
• Eletrônica automotiva: Sistemas de controle eletrônico e módulos de gerenciamento de energia para veículos elétricos/híbridos
• Eletrônica de potência: Acionamentos de motor, relés de estado sólido e equipamentos de energia de alta frequência
• Nova energia: Inversores solares e sistemas de controle fotovoltaico
• Controle industrialControladores de movimento de alta precisão e sistemas de acionamento de equipamentos de automação

Sobre a TOPFAST

Com sede na China, a TOPFAST é uma fornecedora de soluções completas para PCB, especializada em prototipagem rápida e fabricação em pequenos lotes. Nosso foco são os mercados internacionais e estamos comprometidos em fornecer serviços profissionais e confiáveis de fabricação de PCB para clientes globais.

Nossas vantagens:

• Experiência profissionalEspecializada em placas de circuito impresso com núcleo metálico, oferecendo serviços de fabricação de alta qualidade.
• Entrega eficiente: Seguindo rigorosamente nosso padrão de serviço de “alta qualidade e entrega rápida”.
• Confiança do cliente: Obter alto reconhecimento no mercado internacional por meio da qualidade consistente dos produtos e do cumprimento dos prazos de entrega.

A TOPFAST continua comprometida com a satisfação do cliente como nosso princípio fundamental, esforçando-se para se tornar o parceiro de PCB mais confiável para clientes globais.

Resumo

As placas de circuito impresso com núcleo metálico (MCPCB) representam uma tecnologia essencial na gestão térmica eletrônica moderna. Ao combinar substratos metálicos (como alumínio e cobre) com camadas dielétricas altamente condutoras de calor, elas alcançam uma eficiência de dissipação de calor muito superior aos substratos FR-4 tradicionais. Amplamente utilizadas em aplicações de alta potência, como iluminação LED, eletrônica automotiva, novas energias e controle industrial, as MCPCBs aumentam a confiabilidade e a densidade de potência dos dispositivos, ao mesmo tempo em que resolvem com eficácia os desafios de gerenciamento térmico em ambientes de alta temperatura. Com o desenvolvimento de tecnologias emergentes, como 5G e veículos elétricos, as PCBs com núcleo metálico continuam a fazer avanços na inovação de materiais (como substratos cerâmicos e materiais compostos) e otimização de processos (como dissipação de calor incorporada), fornecendo soluções térmicas mais eficientes para dispositivos eletrônicos de alta potência.

Perguntas frequentes sobre MCPCB