Платы 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, Rogers, ISOLA.
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.
довольно специфический продукт в отличие от плат FR-4.
наверное, мало кто производит его в промышленных масштабах.
тут ведь и сертификаты типа UL нужны…