Светодиоды. Печатные платы на металлическом основании

Печатные платы на металлическом основании

Внешне плата на металлическом основании представляет собой обычную печатную плату, с одной стороны которой располагается металлическая пластина. Она соединяется с печатной платой при помощи тонкого слоя препрега - диэлектрика с высокой теплопроводностью. Могут быть однослойными и многослойными.

Печатные платы на металлическом_основанииПлаты на металлической основе применяются в первую очередь для изделий, в которых необходимо рассеивать большую тепловую мощность: для устройств с мощными SMD светодиодами, в твердотельных реле, источниках питания, в схемах управления двигателями.

В зарубежной литературе для таких плат используют аббревиатуры: IMS (Insulated Metal Substrate), MCS (Metal Core Substrate).

 

Печатные платы с металлическим основанием имеют ряд преимуществ по сравнению с обычными платами:

  • Более низкая рабочая температура за счет прессования с теплостоком
  • Минимальные потери тепла при максимальном теплоотводе
  • Высокая надежность: высоковольтная, температурная, влажностойкость
  • Максимальная проводимость, особенно во внутренних слоях

Металлическое основание

В качестве металлической основы печатных плат используются различные сплавы алюминия, а также медь, железо и нержавеющая сталь. Каждый из этих материалов имеет как свои плюсы, так и минусы.

Сплавы на основе алюминия обладают хорошей теплопроводностью (140-220 Вт/(м·К)). Необходимо только выбрать оптимальный вариант сплава, которые отличаются между собой теплопроводностью, простотой механической обработки и стоимостью. Чем выше теплопроводность сплава тем материал вязче и хуже подвергается фрезерованию, более коррозионностойкие сплавы существенно дороже.

Помимо алюминиевых сплавов широко распространены медные основания. Но медь из-за своей вязкости плохо поддается фрезеровке, легко корродирует и дорого стоит. Правда все эти недостатки с лихвой компенсирует отличная теплопроводность меди – 390 Вт/(м·К), что часто является решающим преимуществом при выборе материала подложки.

Иногда в качестве оснований теплопроводящих печатных плат используют и нержавеющую сталь. Ее явные достоинства – высокая коррозионная стойкость и механическая прочность, существенно превосходящие алюминиевые и медные аналоги. Однако у стали низкая теплопроводность и относительно высокая цена. Кроме того для ее обработки требуется специальное фрезерное оборудование.

В конструкции плат с металлическим основанием важную роль играет коэффициент температурного расширения (КТР). Использование материалов с большим КТР при высоких температурах приводит к внутренним структурным механическим напряжениям. Поэтому для высокотемпературных применений, где данный параметр критичен, используют материалы с подложкой из низкоуглеродистой стали с малым КТР.

Медная фольга

Используется стандартная медная фольга толщиной 35-350 мкм.

Диэлектрик

Самый важный элемент печатных плат, наиболее серьезно влияющий на их свойства и стоимость, – это диэлектрик. Обычно в качестве диэлектрика используются препреги FR4 (стеклоткань с эпоксидным связующим), препреги на основе стеклоткани и эпоксидной смолы с различными теплопроводящими наполнителями, также препреги из композитных материалов — смеси полимера со специальной керамикой. Полимер выбирается исходя из его диэлектрических свойств, тогда как керамический наполнитель предназначен для улучшения теплопроводности, благодаря чему материал имеет и отличные диэлектрические свойства, и очень низкое тепловое сопротивление.

Законодателями мод в области материалов для печатных плат с металлическим основанием выступают компании CCAF, Bergquist, Laird, Ventec, ShenYi, ITEQ, RogersISOLA.

Большинство технологических процессов изготовления печатных плат с металлическим основанием, таких как травление, нанесение защитной маски и финишного покрытия, маркировка, аналогичны процессам изготовления традиционных плат из FR-4 и отличаются только режимами механической обработки контура и сверловки.

Написать ответ

Your email address will not be published. Required fields are marked *