2-4 Katmanlı Alüminyum MCPCB'ler: Yüksek Isı ve Yüksek Güç Uygulamaları için En İyi Çözüm

LED aydınlatmadan endüstriyel invertörlere kadar yüksek güçlü elektronikler, performansını bozabilecek ve ömrünü kısaltabilecek yoğun ısı üretir.Geleneksel FR-4 PCB'ler ve tek katmanlı metal çekirdekli PCB'ler (MCPCB'ler) genellikle yetersiz kalırAlüminyum MCPCB'ler: katı bir alüminyum çekirdeği ve çok katmanlı devrelerle tasarlanmıştır.Bu levhalar FR-4'den 3'e 5 kat daha iyi ısı iletkenliği sunar., ısı yönetiminin müzakere edilemediği uygulamalar için vazgeçilmez hale getiriyor.

Bu kılavuz, 2-4 katmanlı alüminyum MCPCB'ler hakkında bilmeniz gereken her şeyi ayrıştırıyor: yapıları, termal avantajları, gerçek dünyadaki uygulamalar ve diğer PCB türlerini nasıl geçtiklerini.100W LED yüksek bay ışık veya endüstriyel bir güç modülü tasarlıyorsanız, bu tabloları anlamak güvenilir, uzun ömürlü elektronik üretmenize yardımcı olacaktır.LT CIRCUIT gibi uzmanlarla ortaklık kurmanın MCPCB'lerinizin neden sıkı performans ve kalite standartlarına uygun olduğunu da vurgulayacağız..

Önemli Önemli Noktalar
1.Termik üstünlük: 2-4 katmanlı alüminyum MCPCB'ler, kritik bileşenleri (örneğin, LED'ler, MOSFET'ler) 80 °C'nin altında tutarak FR-4'lerin 0.2?? 0.4 W/m·K'larını çok daha fazla olan 100 ̊250 W/m·K ısı iletkenliği sunar.
2.Tasarım Esnekliği: Çok katmanlı yapılar karmaşık devreleri destekler (örneğin, entegre sürücüler,Sensör dizileri) kompakt ayak izlerini korurken otomobil aydınlatması gibi alan kısıtlı uygulamaları için idealdir..
3Mekanik Dayanıklılık: Alüminyum çekirdekler, endüstriyel veya otomotiv ortamlarında bükülmeye ve titreşime karşı dirençli FR-4'e göre 2 ′′ 3 kat daha iyi sertlik sağlar.
4.Maliyet verimliliği: Bilanç performansı ve bütçe 2 katmanlı MCPCB'ler orta güç (1050W) projelerine uygundur, 4 katmanlı tasarımlar ise seramik PCB'lerin maliyeti olmadan yüksek güç (50200W) sistemlerini işleyebilir.
5Endüstri Odaklaması: LED aydınlatma, otomotiv elektroniği ve endüstriyel güç sistemlerinde baskın olan her sektör MCPCB'lerin ısı ve mekanik güçlerinden yararlanmaktadır.

2-4 Katman Alüminyum MCPCB'ler Nedir?
Avantajlara dalmadan önce, 2-4 katmanlı alüminyum MCPCB'lerin diğer PCB türlerinden ne kadar farklı olduğunu tanımlamak çok önemlidir.Bu levhalar, ısı dağıtan bir alüminyum substratı ve çok katmanlı devreleri birleştirir., termal performansı ve devre yoğunluğunu dengeleyen bir hibrit çözüm oluşturur.

2-4 katmanlı alüminyum MCPCB'lerin çekirdek yapısı
Tek katmanlı MCPCB'lerin (bir devre katmanına sahip olan) aksine, 2-4 katman tasarımları iç sinyali, gücü,veya zemin katmanları, alüminyum çekirdeğin ısı dağıtıcı özelliklerini korurken daha karmaşık devreleri mümkün kılar.Yapı tipik olarak dört temel bileşeni içerir:

Katman Yapılandırmaları: 2 katman karşı 4 katmanlı MCPCB'ler
Katman sayısı, devrenin karmaşıklığını ve termal performansını doğrudan etkiler.

Katman Sayısına Göre Örnek Kullanım Vakaları
2-katman: 30W LED panel lambası, LED izleri için 2 katmanlı MCPCB ′ üst katmanı, FR-4 ile 72 ° C'de Tj (kesim sıcaklığı) tutmak için alt katmanı kullanır. 105 ° C ile karşılaştırıldığında.
4 katman: 150W endüstriyel güç inverteri, güç izleri için 4 katman, sinyal yolları için bir katman ve MOSFET'lerden ısı dağıtmak için bir katman kullanır.

Neden 2-4 Katman Alüminyum MCPCB'ler Yüksek Sıcaklık Uygulamalarında Mükemmel
Bu levhaların değeri, yüksek güçlü elektronik için iki kritik sorun noktasını çözme yeteneklerinde yatıyor: ısı birikimi ve devre karmaşıklığı.
1Üstün Termal Yönetim: Basınç altında bileşenleri soğut
Sıcaklık, yüksek güçlü elektroniklerde erken arızaların # 1 nedenidir. 2-4 katmanlı alüminyum MCPCB'ler bunu üç termal avantajla ele alır:

a. Alüminyum çekirdek: Dahili ısı lavabosu
Katı alüminyum çekirdeği (genellikle 6061 sınıfı) doğrudan bir ısı yolu olarak hareket eder, ısıyı bileşenlerden (örneğin, LED'ler, IC'ler) çekerek ve tablo yüzeyinde yayarak.Bu, FR-4 PCB'lerde yaygın olan ve performansı bozan sıcak noktaları ortadan kaldırır..

Isı iletkenliği karşılaştırması:

b. Çok katmanlı ısı dağılımı
Dört katmanlı MCPCB'lerde iç katmanlar, ısı yayılmasını daha da artıran termal viaslara veya bakır düzlemlere adanmış olabilir.

. 100W LED için 4 katmanlı MCPCB, her LED altında Tj'yi 15 °C'ye düşüren termal viaslara (0,3 mm çapında) bağlı iç bakır düzlem (2 oz kalınlığı) kullanır.

c. yalıtım katmanı verimliliği
İzolasyon tabakası (epoksi veya poliamid) iki ihtiyacı dengeler: elektrik yalıtımı (bakır ve alüminyum arasındaki kısa süreleri önlemek için) ve termal iletkenlik (sıcaklığı çekirdeğe aktarmak için).Yüksek performanslı MCPCB'ler, standart FR-4'lerin yalıtım malzemelerinden 5 kat daha iyi olan 2?? 3 W/m·K ısı iletkenliği olan epoksi kullanır.

2Anlaşmazlık yapmadan yüksek bileşen yoğunluğu
Yüksek güçli uygulamalar genellikle çoklu bileşenlerin ( sürücüler, kondansatörler, sensörler) küçük alanlara paketlenmesini gerektirir. Tek katmanlı MCPCB'lerin veya FR-4'ün mücadele ettiği bir şey. 2-4 katmanlı MCPCB'ler bunu şu şekilde çözür:

a.Sinyal ve Güç Katmanlarını Ayırma: İç katmanlar yüksek akım güç izlerini (örneğin endüstriyel invertörler için 10A), dış katmanlar ise düşük voltajlı sinyalleri (örneğin,Sensörler için I2C).
b. Karmaşık devreleri destekleyen: 4 katmanlı tasarımlar sürücüleri doğrudan MCPCB'ye entegre eder (örneğin, 50W LED için 4 katmanlı bir kart, yerleşik bir karartma sürücüsü içerir),Dış modüllere olan ihtiyacı ortadan kaldırmak ve alan tasarrufu.
yoğun alanlar için ısı yolları: ısı yolları (parça yoğunluklu bölgelerde her 2 ′′3 mm'de yerleştirilir) ısı iç katmanlardan alüminyum çekirdeğe aktarır. LED dizaynları veya güç modülü tasarımları için kritik.

Gerçek Dünya Örneği: 4 katmanlı MCPCB kullanan bir otomobil farı 12 yüksek güçlü LED'i, bir sürücü,Ve bir sıcaklık sensörü 100 mm×50 mm çapında bir tek katmanlı levha ile imkansız bir şey..

3Zorlu ortamlar için mekanik dayanıklılık
Yüksek güçlü elektronikler sıklıkla zor koşullarda çalışır: titreşim (endüstriyel makineler), sıcaklık döngüleri (otomotiv kapağının altındaki) veya nem (dış ışıklandırma).2-4 katmanlı alüminyum MCPCB'ler burada öne çıkıyor.:

a. Sertlik: Alüminyum çekirdekler, FR-4'e göre 2 ̊3 kat daha iyi bükme dayanıklılığı sağlar, geri akış lehimleme veya termal döngü (-40 °C'den 125 °C'ye) sırasında bükülmeye direnir.
b.Korozyon Direnci: 6061 veya 5052 (dışarı MCPCB'lerde kullanılan) gibi alüminyum sınıfları, UV'ye dirençli bir lehim maskesine (IP67 derecesi) eşleştirildiğinde pas ve nemye karşı dayanıklıdır.
c. titreşim toleransı: Alüminyum çekirdeğin kütlesi, endüstriyel sensörler veya otomotiv elektroniği için kritik olan titreşimi azaltır.

Sınav Verileri: Bir 2 katmanlı alüminyum MCPCB, MIL-STD-883'e göre 1.000 saat titreşim testinden (20G, 10 ¢ 2.000 Hz) hayatta kaldı, ancak bir FR-4 kartı 300 saat sonra iz çatlaması nedeniyle başarısız oldu.

2-4 Katman Alüminyum MCPCB'ler diğer PCB Tipleri ile karşılaştırıldığında
Bu levhaların neden yüksek ısı uygulamaları için en iyi seçim olduğunu anlamak için, onları yaygın alternatiflerle karşılaştırın: FR-4, tek katmanlı MCPCB'ler ve seramik PCB'ler.

Ele Alınacak Malzemelerle İlgili Önemli Noktalar
Yüksek güç projelerinin% 90'ı için 2-4 katmanlı alüminyum MCPCB'leri seçin: Termal performans, maliyet ve tasarım esnekliğini herhangi bir alternatiften daha iyi dengelerler.
b. > 10W uygulamalarda FR-4'ten kaçının: Aşırı ısınmaya ve erken arızalara neden olur.
c.Sadece > 200W ultra yüksek güç için seramik PCB'ler kullanın: Alüminyum MCPCB'lerden 3-5 kat daha pahalı ve kırılgan, bu da titreşim eğilimli ortamlar için uygun değildir.

2-4 Katman Alüminyum MCPCB'lerin Gerçek Dünya Uygulamaları
Bu kurullar, her biri benzersiz güçlerini kullanan üç önemli sektörde baskın:
1. LED Işıklandırma: # 1 Kullanım Davası
LED'ler “yakıcı” olmasına rağmen “yakıcı” “yakıcı ” “yakıcı “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ”

a.2-katmanlı MCPCB'ler: Konut LED ampullerinde (10 ′′ 30W) ve ticari aşağı lambalarda (30 ′′ 50W) kullanılır. Üst katman LED dizileri tutarken, alt katman Tj'yi 80 °C'nin altında yeraltında tutar.
b.4-katmanlı MCPCB'ler: Yüksek bay ışıkları (50 ′′ 200W) ve stadyum aydınlatması için idealdir. İç katmanlar, karartma sürücüleri ve termal sensörleri entegre ederek, armatürün genel boyutunu % 30 oranında azaltır.Tek katmanlı tasarımlar.

Endüstri Etkisi: Dört katmanlı MCPCB kullanan 100W LED yüksek bay ışık, 50.000 saatten sonra% 90 parlaklığı sürdürür.

2Otomobil Elektronikleri: Kaputun Altı ve Işıklandırma
Modern arabalar yüksek güçlü elektroniklere dayanmaktadır: ADAS sensörleri, EV şarj modülleri ve LED farlar. 2-4 katmanlı alüminyum MCPCB'ler, termal ve mekanik dayanıklılıklarından dolayı burada öne çıkar:

a.2-katmanlı MCPCB'ler: Otomobil iç aydınlatmasında (10 ′′ 20W) ve ADAS kameralarında (20 ′′ 30W) kullanılır.
b.4-katmanlı MCPCB'ler: EV güç modüllerinde (50-150W) ve LED farlarda (30-60W) kullanılır. İç katmanlar yüksek akım izlerini yönetir (örneğin, farlar için 15A LED),Alüminyum çekirdeği MOSFET'lerden ısı dağıtırken.

Cuyumluluk Not: Tüm otomotiv MCPCB'leri AEC-Q200 ( bileşen güvenilirliği) ve IEC 60068 (çevre testi) standartlarını karşılar.

3Endüstriyel Güç Elektronikleri: Değiştiriciler ve Sürücüler
Endüstriyel makineler (örneğin, CNC yönlendiricileri, motor sürücüleri) yoğun ısı üreten yüksek güçlü invertörler ve dönüştürücüler kullanır. 2-4 katmanlı alüminyum MCPCB'ler bu sistemlerin güvenilir çalışmasını sağlar:

a.2-katmanlı MCPCB'ler: Küçük invertörlerde (1050W) ve sensör modüllerinde (1020W) kullanılır. Sertlikleri fabrika titreşimlerine direnirken, termal iletkenlik IGBT'leri serin tutar.
b.4-katmanlı MCPCB'ler: Büyük sürücülere (50~200W) ve güç kaynaklarına yöneliktir. İç katmanlar yüksek voltajlı (480V) ve düşük voltajlı (5V) devreleri ayırır, yaylanmayı önler ve güvenliği artırır.

Durum Çalışması: Motor sürücülerinde 4 katmanlı MCPCB'leri kullanan bir fabrika, kesinti süresini %40 oranında azalttı.

LT CIRCUIT yüksek kaliteli 2-4 katmanlı alüminyum MCPCB'leri nasıl sunar?
2-4 katmanlı alüminyum MCPCB'ler açık faydalar sunarken, üretimleri özel uzmanlık gerektirir. LT CIRCUIT'in MCPCB üretimine odaklanması, panellerinizin sıkı performans standartlarına uygun olmasını sağlar:
1Gelişmiş Üretim Süreçleri
a.Dikkatli Laminasyon: LT CIRCUIT, bakır katmanlarını, yalıtım malzemelerini bağlamak için ± 1 °C sıcaklık kontrolü ile vakum baskıları kullanır.ve alüminyum çekirdeği, tüm tabloda tekdüze ısı iletkenliğini sağlar.
b.Lazer sondajı: İç katman bağlantıları için mikro boşluklar (0,1 ∼0,3 mm) alüminyum çekirdeği bozacak mekanik stresden kaçınmak için UV lazerlerle sondaj edilir.
c. Termal Test: Her MCPCB, ısı dağılımını doğrulamak için termal görüntüleme (FLIR kameraları) geçirir. Yüksek güçlü bileşenler için 80 °C'yi aşan sıcak noktaların olmadığından emin olur.

2Kalite Sertifikasyonları
LT CIRCUIT güvenilirliği garanti etmek için küresel standartlara uymaktadır:

a.IPC-6012 Sınıf 3: Kritik uygulamalarda mekanik ve elektrik performansını sağlayan PCB'ler için en yüksek kalite standardı.
b.UL 94 V-0: İç mekan veya kapalı elektronik için kritik olan lehim maskeleri için yangın güvenliği sertifikası.
c.RoHS/REACH Uygunluğu: Tüm malzemeler, küresel çevresel düzenlemelere uygun olarak tehlikeli maddelerden (kurşun, cıva) sıfırdır.

3Uygulama için özelleştirme
LT CIRCUIT, projenizin ihtiyaçlarına uygun özel çözümler sunar:

a.Alüminyum Sınıf Seçimi: Çoğu uygulama için 6061 (iletkenlik ve dayanıklılık dengesi); Dış aydınlatma için 5052 (korozyona dayanıklı).
b. Katman özelleştirme: Güç düzlemleri, sinyal yolları veya termal viaslar için iç katmanlar ekleyin. Örneğin, 50W LED için 3 katmanlı bir MCPCB özel bir termal düzlem içerir.
c.Yüzey bitirme: Dış / otomotiv kullanımı için ENIG (Elektroless Nickel Immersion Gold) (korrozyona dirençli); maliyet duyarlı iç mekan projeleri için HASL (Sıcak Hava Kaynatma Düzeltme).

Sık Sorulan Sorular
S: 2-4 katmanlı MCPCB'lerde alüminyum çekirdeği için minimum ve maksimum kalınlık nedir?
A: LT CIRCUIT, alüminyum çekirdek kalınlıklarını 0.8 mm (otomobil içi aydınlatma gibi kompakt uygulamalar) ile 3.8 mm (yüksek güçlü endüstriyel sürücüler) arasında sunar.Daha kalın çekirdekler daha iyi termal kütle sağlar, ancak ağırlık arttırır. Yer ve ağırlık kısıtlamalarına göre seçin..

S: 2-4 katmanlı alüminyum MCPCB'ler kurşunsuz lehimle kullanılabilir mi?
C: Evet, tüm malzemeler (alüminyum çekirdeği, yalıtım katmanı, lehim maske) kurşunsuz geri akış profillerine (240°C-260°C) uygundur.

S: Projem için gerekli alüminyum çekirdeği kalınlığını nasıl hesaplarım?
A: Başlangıç olarak şu formülü kullanın:
Çekirdek Kalınlığı (mm) = (LED Gücü (W) × 0,02) + 0.8
Örneğin, 50W'lik bir LED 0.02×50 + 0.8 = 1.8mm çekirdeği gerektirir.

S: 4 katmanlı alüminyum MCPCB'ler BGA'lar veya QFP'ler gibi SMT bileşenleriyle uyumlu mu?
A: Kesinlikle. LT CIRCUIT'in 4 katmanlı MCPCB'leri, hassas bant hizalanması (± 5μm) ile ince tonlama SMT bileşenlerini (0.4mm BGA tonlama kadar) destekliyor.Alüminyum çekirdeğin sertliği, esnek PCB'lerin aksine, geri akış lehimleme sırasında bileşenlerin yanlış hizalamasını önler., bu da warp yapabilir.

S: LT CIRCUIT'ten 2-4 katmanlı alüminyum MCPCB'ler için teslim süresi nedir?
A: Prototipler (510 adet) 7-10 gün sürer; yüksek hacimli üretim (1000'den fazla adet) 2-3 hafta sürer. Acil projeler için acele seçenekleri (35 gün prototipler için) mevcuttur.acil endüstriyel onarımlar veya otomotiv başlatma tarihleri gibi.

2-4 Katman Alüminyum MCPCB ile Kaçınılması Gereken Genel Tasarım Hataları
Doğru malzemeyle bile, kötü tasarım performansını tehlikeye atabilir.

1- Termal yolları küçültmek.
a.Hata: Yüksek güçlü bileşenler için 0.1mm vias kullanmak (örneğin, 50W LED'ler) alüminyum çekirdeğe ısı akışını kısıtlar.
b. Çözüm: ısı üreten bileşenlerin altında her 2 ̊3 mm aralarında 0,3 ̊0,5 mm ısı yolları kullanın. 100 W LED dizisi için, ısı dağılımını eşit sağlamak için her LED'ye 8 ̊10 ısı yolu ekleyin.

2İzolasyon katmanının ısı iletkenliğini görmezden gelmek.
a.Hata: Düşük maliyetli bir yalıtım katmanı (1 W/m·K) seçmek, bakır katmanlar ile alüminyum çekirdeği arasında termal bir engelleme yaratır.
b. Çözüm: 4 katmanlı MCPCB'ler için yüksek performanslı bir epoksi veya poliamid yalıtım katmanı (23 W/m·K) belirtin. Bu, yüksek güçlü bileşenler için Tj'yi 1015 °C azaltır.

3. Dış Kullanım için Bakışlı Lehim Maski
a.Hata: Dış aydınlatma için standart bir epoksi lehim maskesinin kullanılması, 2~3 yıl içinde UV bozulmasına ve korozyona neden olur.
b. Çözüm: Dış MCPCB'ler için UV'ye dayanıklı bir poliamid lehim maskesi (IP67 derecesi) seçin. Güneş ışığına, yağmura ve sıcaklık döngülerine 5-10 yıl dayanabilir.

4.Çok karmaşık 4 katman 2 katman çalışırken
a.Hata: 30W'luk bir LED aşağı lambası için 4 katmanlı MCPCB belirlemek, performans yararları olmadan gereksiz maliyetlere (50% 2 katmandan fazla) ekler.
b. Çözüm: 1050W uygulamaları için 2 katmanlı MCPCB kullanın; > 50W sistemleri veya entegre sürücüler / sensörler gerektirenler için 4 katmanlı tasarımlar rezerve edin.

5.Yoksul bileşen yerleştirme
a.Hata: Sıcaklığa duyarlı bileşenleri (örneğin sensörleri) yüksek güçlü LED'lere (5 mm'nin içinde) çok yakın yerleştirmek, ısı nedeniyle yanlış okumalara neden olur.
b. Çözüm: Sıcaklık kaynakları ve hassas bileşenler arasında 1015 mm boşluk tutun. 4 katmanlı MCPCB'ler için, iç katmanlara sensör sinyallerini ısıdan korumak için yönlendirin.

Sonuçlar
2-4 katmanlı alüminyum MCPCB'ler, modern yüksek güçlü elektroniklerin omurgasıdır ve FR-4, tek katmanlı MCPCB'lerin ve hatta seramik PCB'lerin çözemediği termal ve tasarım zorluklarını çözmektedir.Onların benzersiz ısı iletkenlik kombinasyonu (100 ̇250 W/m·K), çok katmanlı devre yoğunluğu ve mekanik dayanıklılık, LED aydınlatma, otomotiv elektroniği ve endüstriyel güç sistemleri için vazgeçilmez hale getirir.

Bir MCPCB seçerken, üç önemli faktöre odaklanın: katman sayısı (orta güç için 2 katman, yüksek güç için 4 katman), alüminyum derecesi (6061 çoğu uygulama için),ve yalıtım tabakası termal iletkenliği (optimal ısı aktarımı için 2 ̊3 W/m·K)Genel tasarım hatalarından kaçınarak “termal viasların ölçüsünü azaltmak ya da yanlış kaynak maskesi kullanmak” ve LT CIRCUIT gibi bir uzmanla ortaklık kurarak,MCPCB'lerinizin yıllarca güvenilir performans sağlayacağından emin olacaksınız..

Yüksek güç elektronikleri gelişmeye devam ettikçe (örneğin, 200W+ EV şarj modülleri, yeni nesil LED stadyum aydınlatması),2-4 katmanlı alüminyum MCPCB'ler altın standardı olarak kalacaklar., maliyet ve tasarım esnekliği mühendislik başarısının anahtarıdır.