メタルコアPCBについて知っておくべきこと

メタルコアPCB（MCPCB）は、従来の金属コアの代わりに銅、アルミニウム、または鋼合金などの金属ベース材料を使用するプリント回路基板の一種です。 FR4 金属コア基板は、その名の通り、金属コア層を備えており、標準的な回路基板よりも効率的に熱を放散します。優れた放熱性により、MCPCBは近年ますます人気が高まっています。この記事では、金属コア基板の特徴、利点、用途などについて詳しくご紹介します。さあ、読み進めてください。

Basic についての知識 メタルコア PCB

まず、メタルコア PCB に関する基本情報をいくつかご紹介します。

MCPCBの基本構造

はんだマスク

回路層

銅層

誘電体層

金属コア層

ヒートシンク

MCPCBに使用される材料

多くの場合、金属コアの材料にはアルミニウムと銅が用いられますが、他の導電性金属や特殊合金の混合物が用いられることもあります。金属によって特性は異なり、例えばアルミニウムは銅よりも安価ですが、銅は放熱性に優れています。ステンレス鋼は低い 熱伝導率 しかし、より剛性が高いため、金属コアの材質を選択する際には、PCBの用途と使用環境を考慮する必要があります。

MCPCBのさまざまな種類

金属コアの位置とトレース層の数に応じて、金属コア PCB は次の 4 つのタイプに分類されます。

シングル レイヤー MCPCB: 片面に 1 つのトレース レイヤーのみを備えた MCPCB を指します。

二重層 MCPCB: この種類の MCPCB には、同じ側に 2 つのトレース層があります。

両面層 MCPCB: このタイプの MCPCB では、各面に 2 つのトレース層があります。

マルチレイヤー MCPCB: ボードあたり 2 層以上のトレース層を持つ金属コア PCB のタイプを指します。

オプション メタルコアPCB

このセクションでは、MCPCB の機能を見ていきます。

1. 金属コアPCBの厚さ

金属コアにアルミニウムを使用する場合、厚さは0.8～2.0mmです。一方、金属コアに銅を使用する場合、厚さは1～5mmです。ただし、金属コアはこれらの寸法から外れる場合があります。そのため、より厚い板やより薄い板も可能です。

2. 金属コアPCBの熱伝導率

材料の熱伝導率は、熱がどのように流れるかを示します。つまり、材料の熱放散能力と関連しています。金属コアPCBの熱伝導率は、通常1.5W/(m·K)～2.0W/(m·K)です。

3. 金属コアPCB剥離強度

接着面から材料を剥離するために必要な力です。MCPCBの剥離強度は通常9lb/in以上です。

以下の表には、メタル コア PCB のその他の機能もいくつか記載されているので、明確に理解することができます。

メタルコアPCBの利点

優れた放熱性に加え、金属PCBは高い電力密度や優れた容量結合など、多くの利点を備えています。ここでは、その4つの利点について詳しく説明します。

1. 熱放散

メタルコアPCBは熱伝導率が高く、FR-4製のPCBに比べて数倍速く熱を伝達します。さらに、高い熱エネルギー伝達効率により、メタルPCBでは薄い銅層を使用できるため、全体的な熱負荷を低減できます。 PCBの厚さ そしてその製造コスト。

2. 寸法安定性

FR4などの従来の材料で作られたPCBは、温度上昇などの使用環境の変化によって寸法が影響を受けますが、金属コアPCBは比較的安定しています。実験では、金属層を持つPCBの寸法変化は、温度が2.5℃から3.0℃に変化した場合でも30%から150%の範囲に抑えられることが示されています。

3. 高いリサイクル性

金属PCBはリサイクル性に優れており、多くの金属は環境に優しい材料です。アルミニウムを例に挙げると、リサイクルが非常に容易である一方、採掘・精製が容易なためヒートシンクよりも安価で、再利用が可能です。 アルミPCB 費用対効果の高い代替品として。

4. より長い寿命

金属コアPCBは、セラミックやグラスファイバー製のPCBよりも強度と耐久性に優れているため、長寿命です。金属は堅牢で物理的な衝撃にも耐えられることは周知の事実です。そのため、金属を材料として使用することは、 PCBの製造 製造および組み立て段階での破損のリスクを軽減し、最終製品の強度も向上します。

メタルコアPCBと標準PCB

このセクションでは、MCPCB と標準 PCB を比較します。

1. 伝導度

標準的なPCBの熱伝導率は0.3W程度と低いのに対し、MCPCBの熱伝導率は1～2Wと高くなります。

2. メッキスルーホール

標準的なPCBでは、めっきスルーホールを使用することが多いですが、MCPCBでは必ずしも必要ではありません。

3. 熱緩和または熱放散

標準的なPCBでは、放熱のためにビアを使用する必要があります。そのため、ドリルサイクルが長くなり、追加の工程が必要になります。しかし、MCPCBでは、ビアのドリル加工、メッキ、蒸着などの工程が不要です。これは、金属コアが効率的な放熱と放熱を可能にするためです。

4. はんだマスク

標準的なPCBでは、ソルダーマスクは通常、黒、緑、青、赤といった暗い色で塗布されます。そのため、ソルダーマスクは基板の上下に塗布されます。一方、MCPCBでは、ソルダーマスクは基板上面にのみ塗布され、通常は白色です。

5. 厚さ

標準的なPCBは、層状実装と様々な材料の組み合わせにより、幅広い厚さに対応可能です。しかし、MCPCBでは、利用可能な誘電体シートの厚さとバッキングプレートの厚さにより、厚さのバリエーションは通常制限されます。

6. 加工プロセス

標準的なPCBでは、ルーティング、皿穴加工、穴あけ、V字スジ加工といった従来の機械加工工程が用いられます。しかし、MCPCBのV字スジ加工にはダイヤモンドコーティングされた鋸刃が必要です。これは、金属の切断には鋭利な工具が必要だからです。

メタルコアPCBの用途 

メタルコア PCB は優れた性能を備えているため人気があり、さまざまな業界で広く使用されています。

LEDライト：MCPCBは、従来のファンでは除去できない大量の熱を発生するアプリケーションに適しています。MCPCBはLED技術においてよく使用されます。これは、MCPCBを使用することで、一定の照明量を生成するために必要なLEDの数を減らし、発生する熱量を低減できるためです。

自動車: 自動車のパワーコンディショナー、イグニッション、スワップコンバーター、可変光学系などでは、すべて金属 PCB が使用されています。

電源装置: 電力コンバータ、スイッチング レギュレータ、高密度電力変換などの装置では、金属コア PCB を使用する必要があります。

軍事・航空宇宙：軍事・航空宇宙用途のPCBは、極端な温度、熱サイクル、湿気への耐性が求められます。さらに、頻繁な機械的衝撃にも耐えなければなりません。そのため、当社ではこれらのサービス要件を満たし、構造的完全性を高める金属コアPCBを採用しています。MCPCBの高い熱伝導性により、これらの基板上の温度分布が均一になります。そのため、熱サイクルへの耐性が向上し、動作部品付近でのホットスポットの発生を防ぎます。

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