Una placa de circuito impreso con núcleo metálico (MCPCB), también conocida como placa de circuito impreso térmica o placa de circuito impreso con soporte metálico, es un tipo de placa de circuito impreso que tiene un material metálico como base para la parte de la placa que se extiende al calor. El metal grueso (casi siempre aluminio o cobre) cubre una de las caras de la placa de circuito impreso. El núcleo metálico puede referirse al metal, estando en algún lugar del centro o en la parte posterior de la placa. El propósito del núcleo de un MCPCB es redirigir el calor lejos de los componentes críticos de la placa y hacia zonas menos cruciales, como el respaldo del disipador metálico o el núcleo metálico. Los metales base de los MCPCB se utilizan como alternativa a las placas FR4 o CEM3.
Materiales y grosor del núcleo metálico de la PCB
El núcleo metálico del PCB térmico puede ser de aluminio (un PCB con núcleo de aluminio), de cobre (PCB con núcleo de cobre o PCB de cobre pesado) o una mezcla de aleaciones especiales.
El más común es un PCB con núcleo de aluminio. A veces se consideran otros materiales, como el latón o el acero, pero no se recomiendan. Estos metales son muy duros y cortar el PCB en trozos más pequeños puede plantear problemas. Otras consideraciones a la hora de seleccionar los materiales metálicos de los PCB son los productos químicos de la fabricación y si el metal reaccionará a ellos.
El grosor de los núcleos metálicos de las placas base de PCB suele ser de 30 mil – 125 mil, pero es posible que haya placas más gruesas y más finas.
El grosor de la lámina de cobre de los MCPCB puede ser de 1 a 10 onzas.
Las 5 principales ventajas de los MCPCB
El uso de los MCPCB puede ser ventajoso por su capacidad de integrar una capa de polímero dieléctrico con una alta conductividad térmica para una menor resistencia térmica.
Los PCB de núcleo metálico transfieren el calor de 8 a 9 veces más rápido que los PCB FR4. Los laminados MCPCB disipan el calor, manteniendo más fríos los componentes que generan calor, lo que se traduce en un mayor rendimiento y vida útil.
Además de una excelente disipación térmica, las placas de circuito impreso metálicas ofrecen una mayor densidad de potencia, un elevado apantallamiento electromagnético y un mejor acoplamiento capacitivo. El rendimiento térmico puede mejorarse aún más mediante el uso de vías térmicas, como ocurre en las placas de circuito impreso tradicionales. A continuación, se enumeran las cinco principales ventajas de esta tecnología.
1 – Disipación térmica
Los MCPCB son una de las opciones de PCB con mayor conductividad térmica. Al mantener el calor alejado de los componentes de potencia en la medida de lo posible, evitan posibles daños en el circuito, pudiendo manejar circuitos de alta densidad con niveles de potencia más elevados. El aluminio es uno de los materiales más utilizados para este tipo de sustrato: además de sus propiedades eléctricas, el aluminio tiene la ventaja de ser reciclable y de bajo coste. Las placas de circuito impreso con núcleo metálico transfieren el calor entre 8 y 9 veces más rápido que las fabricadas con FR-4. La capa dieléctrica debe ser muy fina para crear el camino más corto desde la fuente de calor hasta la placa metálica de soporte. Su grosor suele estar entre 0,003 y 0,006 pulgadas. Como ejemplo, considere que una prueba realizada en un MCPCB con un LED de 1W integrado mostró cómo su temperatura se mantuvo bastante cerca de la temperatura ambiente de 25°C, mientras que el mismo LED de potencia montado en una placa FR-4 alcanzó una temperatura 12°C superior a la ambiental.
2 – Mayor resistencia y estabilidad
El reciente y rápido desarrollo de la tecnología LED, especialmente con la iluminación LED de alta potencia, ha suscitado la preocupación por la disipación del calor. Dado que suelen montarse directamente en la placa de circuito impreso, estos LED pueden crear problemas de estabilidad y fiabilidad para el circuito. Si no se adopta la técnica adecuada, la disipación del calor puede dificultar el rendimiento de los dispositivos electrónicos que funcionan a alta potencia. El uso de placas de circuito impreso metálicas en estas aplicaciones resuelve eficazmente este problema. Además de garantizar una gran durabilidad, el aluminio es muy ligero y añade fuerza y resistencia a la placa de circuito impreso sin provocar un aumento de peso.
3 – Estabilidad dimensional
El tamaño de una placa de circuito impreso metálica permanece más estable, al variar las condiciones ambientales, que el de una placa de circuito impreso fabricada con materiales tradicionales, como el FR-4. Sometidos a un proceso de calentamiento de 30°C a unos 150°C, los PCB con capas metálicas (como el aluminio) han sufrido una variación de tamaño muy pequeña, que oscila entre el 2,5% y el 3,0%.
4 – Menor peso y mayor reciclabilidad
Las placas de circuito impreso con sustratos metálicos son más ligeras, duran más y son más conductoras que las placas tradicionales fabricadas con materiales epoxídicos. Además, son más respetuosos con el medio ambiente, ya que los metales utilizados, incluido el aluminio, no son tóxicos y son fácilmente reciclables. El aluminio es muy fácil de extraer y refinar, lo que hace que sea considerablemente menos caro que otros metales. En consecuencia, los costes de fabricación asociados a los PCB que utilizan sustratos de aluminio también pueden reducirse. Las placas de circuito impreso de aluminio son también una alternativa rentable a los disipadores de calor más caros y voluminosos. Además, el aluminio es un metal no tóxico y totalmente reciclable. En la cadena que une al productor con el consumidor final, el uso del aluminio en los PBC metálicos contribuye a salvaguardar nuestro planeta.
5 – Mayor vida útil
El aluminio ofrece una mayor resistencia y durabilidad que los materiales utilizados habitualmente en la fabricación de PBC, como la cerámica y la fibra de vidrio. Es un metal muy robusto capaz de reducir el riesgo de rotura accidental que puede producirse en las distintas fases de producción, durante el montaje o durante el uso normal del producto final. La figura 2 muestra algunos ejemplos de placas de circuito impreso de aluminio para aplicaciones en el campo de la iluminación LED.
Usos de las placas de circuito impreso con núcleo metálico:
Aplicaciones LED y más
Las aplicaciones que generan una gran cantidad de calor a menudo no pueden refrigerarse adecuadamente utilizando sólo los ventiladores tradicionales. La refrigeración conductiva mediante placas de circuito impreso con núcleo metálico es una opción de producción ideal.
Los MCPCB se encuentran sobre todo en las tecnologías LED, ya que reducen el número de LED necesarios para producir una iluminación específica. Los diodos emisores de luz liberan una gran cantidad de calor en aplicaciones como:
- Aplicaciones de unidades de luz de fondo
- Aplicaciones de seguridad vial (farolas, alumbrado, etc.)
- Aplicaciones de iluminación general
- Aplicaciones de LEDs para sistemas de automoción
- Convertidores de potencia: telecomunicaciones, industrial, regulador de alta tensión, fuentes de alimentación
- Aplicaciones de control de motores híbridos/eléctricos
- Fotovoltaica
El uso de una placa de circuito impreso con núcleo metálico en estos productos y aplicaciones LED ayuda a reducir en gran medida el calor emitido.
Otras aplicaciones ideales para la integración de MCPCB son los paneles solares y las aplicaciones de control de movimiento. También ofrecemos otras tecnologías avanzadas de circuitos, como los PCB de RF para microondas, los PCB flexibles y los PCB rígidos.
Diseño de núcleo metálico Parámetros de diseño
Brocas NPTH – Núcleo metálico
| PCB thickness | Min. drill diameter |
| 0.5mm Núcleo metálico | 0.7mm (o.r. 0.5mm) |
| 0.8mm Núcleo metálico | 0.7mm |
| 1.0mm Núcleo metálico | 0.8mm |
| 1.5mm Núcleo metálicoe | 0.9mm |
| 2.0mm Núcleo metálico | 1.0mm |
1 capa, Núcleo de metal
| 35µm Cu | 70µm Cu | |
| Anchura mínima del conductor | 150µm | 200µm |
| Distancia mínima entre conductores | 150µm | 200µm |
| Anillo anular mín. | 125µm | 200µm |
| Taladro mín. (NPTH) | 0.7mm | 0.7mm |
| Distancia mínima de perforación | 250µm | 250µm |
2 capas, Núcleo metálico (chapado-pasante)
| 35µm Cu | 70µm Cu | |
| Anchura mínima del conductor | 150µm | 200µm |
| Distancia mínima entre conductores | 150µm | 200µm |
| Anillo anular mín. | 125µm | 200µm |
| Taladro mín. (NPTH) | 0.7mm | 0.7mm |
| Min. vía (PTH) | 0.3mm | 0.3mm |
| Distancia mínima de la broca | 250µm | 250µm |
| Distancia mínima de la vía | 300µm | 300µm |
| Relación de aspecto | 10:1 | 10:1 |
Apilado de placas de circuito impreso con núcleo metálico
El apilamiento debe ser simétrico a ambos lados del núcleo metálico en una placa multicapa. En concreto, el número de capas de la parte superior del núcleo debe ser igual al de las capas de la parte inferior. Al igual que cualquier otra placa de circuito impreso estándar, también se prefiere la simetría del cobre. La simetría se mantiene para evitar problemas de alabeo.
Fabricante de MCPCB
El proceso de fabricación y las normas de diseño son similares a los de las placas de circuito impreso convencionales. Proporcionamos fabricación de prototipos de PCB con núcleo metálico y cantidades de fabricación de MCPCB tanto para los de núcleo de aluminio como para los de cobre pesado.
Los PCB de gestión térmica o MCPCB se procesan con equipos de montaje SMT estándar en el proceso de fabricación de PCB.
