ألواح ذات قلب معدني قائم على الألومنيوم والنحاس، مصممة خصيصًا لتبديد الحرارة بعيدًا عن نقطة التوصيل — حيث تصبح المقاومة الحرارية القياسية لـ FR4 العامل المحدد في تصميمك.
تحل لوحة الدوائر المطبوعة ذات القلب المعدني محل القلب القياسي من مادة FR4 بلوحة قاعدة صلبة من الألومنيوم أو النحاس، يتم ربطها بطبقة الدائرة النحاسية عبر طبقة عازلة موصلة للحرارة. وتنتقل الحرارة المتولدة عند تقاطع المكونات عموديًا عبر هذه الطبقة العازلة إلى القاعدة المعدنية، حيث تنتشر أفقيًّا إلى مبدد حراري أو هيكل الجهاز.
تُعد الطبقة العازلة المتغيرة الهندسية الحاسمة. تبلغ الموصلية الحرارية لمادة FR4 القياسية حوالي 0.3 واط/م·كلفن؛ تتراوح الموصلية الحرارية للعوازل الكهربائية في لوحات MCPCB من 1.0 واط/م·كلفن للتصميمات التي تراعي التكلفة، وصولاً إلى 3.0 واط/م·كلفن للتطبيقات القياسية لمصابيح LED عالية الطاقة، وحتى 8.0 واط/م·كلفن للعوازل الكهربائية المملوءة بالسيراميك المستخدمة في وحدات الطاقة الأكثر تطلبًا من الناحية الحرارية.
كما أن اختيار المعدن الأساسي له أهمية أيضًا. يهيمن الألومنيوم من النوعين 5052 و6061 على تطبيقات مصابيح LED وتطبيقات الطاقة العامة من حيث التكلفة وقابلية التشغيل الآلي؛ أما المعدن الأساسي النحاسي فيُستخدم في الحالات التي تتطلب أقصى انتشار حراري أو قوة ميكانيكية أعلى، مع ما يترتب على ذلك من تكلفة أعلى وأداء حراري أفضل.
احصل على عرض أسعار MCPCB →
الرقم الوارد في ورقة البيانات بشأن الموصلية الحرارية ما هو إلا نقطة انطلاق — فالبنية الكاملة هي التي تحدد ما يصل فعليًّا إلى المبدد الحراري.
تقع الطبقة العازلة بين الدائرة النحاسية والقاعدة المعدنية، مما يوفر العزل الكهربائي مع توصيل الحرارة عموديًا. وتؤدي الطبقة العازلة الأرق (75 ميكرومتر) إلى تقليل المقاومة الحرارية، لكنها تحد من جهد الانهيار؛ بينما تؤدي الطبقة العازلة الأكثر سمكًا (150 ميكرومتر) إلى زيادة هامش جهد الانهيار، لكنها تزيد من المقاومة الحرارية. نحدد سماكة العازل الكهربائي وفقًا لجهد الانهيار المطلوب ودرجة الحرارة المستهدفة عند الوصلة — وليس وفقًا لقيمة افتراضية واحدة.
عازل كهربائي 75–150 ميكرومتر · 1.0–8.0 واط/م·كلفن · تصميمات IPC-2S1Bيوفر الألومنيوم من النوعين 5052-H32 و6061-T6 توزيعًا حراريًا جيدًا، وتكلفة منخفضة، وسهولة في التشكيل باستخدام الحاسب الآلي (CNC) للوحات LED ولوحات إمداد الطاقة القياسية. توفر القاعدة النحاسية موصلية حرارية تبلغ تقريبًا ضعف موصلية الألومنيوم عند نفس السماكة، وهي مخصصة للوحدات عالية الطاقة التي يمثل فيها انتشار الحرارة الجانبي إلى حافة اللوحة العائق الرئيسي، وليس فقط التوصيل الرأسي عبر العازل الكهربائي.
Al 5052/6061 · أساس نحاسي · سماكة 0.8–3.2 مم · توزيع الحرارةوفقًا لطرق الاختبار القياسية المعتمدة من IPC، يتراوح جهد الانهيار للطبقة العازلة عادةً بين 3 كيلو فولت و4.5 كيلو فولت، اعتمادًا على السماكة وتركيبة المادة المالئة. بالنسبة لمحركات LED ومصادر الطاقة التي تعمل من مسارات مستمدة من التيار الكهربائي الرئيسي، يجب مراجعة تصنيف جهد الانهيار مقارنة بمتطلبات مسافة الزحف والمسافة العازلة — فاللوحة التي تستوفي معيار UL 796 فيما يتعلق بالمادة العازلة وحدها لا تعتبر تلقائيًا متوافقة مع معايير السلامة على مستوى اللوحة النهائية.
معتمد وفقًا لمعيار UL 796 · انهيار كهربائي عند 3–4.5 كيلوفولت · اختبار مقاومة العزل الكهربائيتم التحقق من جميع البيانات العازلة والحرارية بمقارنتها مع أوراق بيانات الموردين، كما تم تأكيدها من خلال اختبار التحمل العازل الذي يُجرى على كل دفعة إنتاج.
| المعادن غير الثمينة | الألومنيوم 5052 / 6061 · النحاس |
| سماكة القاعدة | 0.8 ملم – 3.2 ملم |
| سماكة العازل الكهربائي | 75 ميكرومتر – 150 ميكرومتر |
| وزن النحاس | 1 أونصة – 10 أونصات |
| البناء | MCPCB أحادي الطبقة · ثنائي الطبقة · متعدد الطبقات |
| الموصلية الحرارية العازلة | 1.0 – 3.0 واط/م·كلفن (المعيار القياسي) · حتى 8.0 واط/م·كلفن (المتقدم) |
| جهد الانهيار | 3 كيلو فولت – 4.5 كيلو فولت |
| تشطيب السطح | HASL خالٍ من الرصاص · ENIG · OSP · قناع لحام أبيض/أسود |
| التقدير في مجال السلامة | معترف به كعازل كهربائي وفقًا لمعيار UL 796 |
| تحول النموذج الأولي | الشحن السريع خلال 72 ساعة · الشحن العادي خلال 6 أيام |
عملية حاسمة من حيث الترابط — حيث تحدد الواجهة بين العازل الكهربائي والمعدن الموثوقية الحرارية والميكانيكية طوال عمر اللوحة.
تخضع اللوحة الأساسية المصنوعة من الألومنيوم أو النحاس لمعالجة سطحية، ويتم تصفيح رقاقة النحاس بمادة عازلة موصلة للحرارة، ثم يتم تصويرها بطريقة الليثوغرافيا الضوئية لتشكيل نمط الدائرة.
يتم حفر النحاس على الدائرة النهائية، ثم يتم ضغطه على الساخن على القاعدة المعدنية عبر الطبقة العازلة تحت درجة حرارة وضغط خاضعين للتحكم، وذلك لإزالة الفراغات الموجودة في الواجهة الحرارية.
يتم تنفيذ عمليات التوجيه الميكانيكي للخطوط العريضة وحفر الثقوب باستخدام أدوات من الكربيد تتناسب مع صلابة القاعدة المعدنية، مما يمنع حدوث انفصال الطبقات عند حافة العازل الكهربائي.
يتم تطبيق قناع اللحام والتشطيب السطحي والرموز التوضيحية، ويلي ذلك إجراء اختبار الجهد الكهربائي العازل 100% للتأكد من قيمة جهد الانهيار قبل الشحن.
أي تصميم يكون فيه سبب الفشل حراريًّا وليس كهربائيًّا، يُعد مرشحًا لتصميم بنية ذات قلب معدني.
لوحة MCPCB أحادية الطبقة ذات قاعدة من الألومنيوم، مخصصة لمصابيح LED عالية الطاقة تعمل في الهواء الطلق في ظروف درجات حرارة محيطة مرتفعة ومستمرة.
وحدات المصابيح الأمامية ومصابيح الإضاءة النهارية (DRL) المزودة بمصابيح LED ذات درجة حرارة لون مركزة (CCT) عالية، والتي تتطلب درجة حرارة وصلات ثابتة في جميع ظروف التشغيل الخاصة بالسيارات.
MCPCB المستخدم في لوحات المنظمات الكهربائية ومحولات التيار المتردد/التيار المستمر، حيث تحتاج ترانزستورات MOSFET الخاصة بالطاقة إلى مسار حراري مباشر إلى الهيكل.
لوحة MCPCB ذات القاعدة النحاسية المخصصة لمراحل تشغيل المحركات، والتي تعمل على تبديد خسائر التبديل المستمرة داخل علب مدمجة.
لوحات ذات قاعدة من الألومنيوم لموصلات MOSFET في مرحلة الإخراج في وحدات مكبرات الصوت من الفئة D التي تتطلب مقاومة حرارية منخفضة.
الوحدات الإلكترونية الموجودة تحت غطاء المحرك وبالقرب منه، حيث يعتمد هامش تخفيض قدرة المكونات على فعالية توزيع الحرارة.
لوحات MCPCB متعددة الطبقات لحاملات IGBT ووحدات الطاقة في المحركات الصناعية ومحولات الطاقة المتجددة.
مصفوفات LED عالية الكثافة تُستخدم في المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية وإضاءة البستنة، والتي تتطلب توزيعًا حراريًا متجانسًا عبر اللوحة.
تبدأ الجودة في اللوحات ذات القاعدة المعدنية بتأهيل المواد العازلة. ويقوم استعراضنا الخاص بتصميم قابل للتصنيع (DFM) بمقارنة حسابات المسار الحراري بأرقام تبديد الطاقة الخاصة بكم. وبعد التصنيع، يؤكد اختبار تحمل العازل 100% جهد الانهيار في كل لوحة.
التحديات الحقيقية في إدارة الحرارة — تم حلها.
تم التحول من استخدام ألواح الألومنيوم العازلة الحرارية ذات معامل التوصيل الحراري 1.0 واط/م·ك إلى نظام بناء ذي معامل توصيل حراري يبلغ 3.0 واط/م·ك، وذلك بعد ورود تقارير ميدانية تفيد بانخفاض مبكر في إضاءة مصابيح LED في المناطق ذات درجات الحرارة المحيطة المرتفعة.
انخفضت درجة حرارة الوصلة بمقدار 18 درجة مئوية عند تيار التشغيل المقنن. وتحسنت التوقعات المتعلقة بعمر الحفاظ على اللومن وفقًا لمعيار L70 من 35,000 ساعة إلى 60,000 ساعة.
لوحة MCPCB ذات طبقتين وقاعدة نحاسية تحل محل بطاقة فرعية من نوع FR4 مركبة على مبدد حراري، وتدمج المسار الحراري مباشرةً في لوحة مرحلة الطاقة.
تم التخلص من مجموعة المبرد المنفصلة، مما أدى إلى تقليل حجم العلبة بمقدار 22% مع الحفاظ على درجة حرارة غلاف ترانزستور MOSFET ضمن مواصفات تخفيض القدرة عند الحمل الكامل.
لوحة أحادية الطبقة ذات قاعدة من الألومنيوم بسماكة 1.2 مم مخصصة لوحدة مصابيح الإضاءة النهارية، ومطابقة لمتطلبات نطاق درجات الحرارة المحيطة في قطاع السيارات الذي يتراوح بين -40 درجة مئوية و+105 درجة مئوية.
اجتاز اختبار الصدمة الحرارية الذي شمل 500 دورة دون حدوث أي انفصال في الطبقات عند السطح الفاصل بين العازل والنحاس. قيد الإنتاج منذ عامين.
أسئلة فنية حول التصميم الحراري للوحات MCPCB والمواد المستخدمة وتصنيعها.
بالنسبة للإضاءة العامة باستخدام مصابيح LED والتطبيقات ذات الطاقة المعتدلة، عادةً ما تكون المواد العازلة الحرارية التي تتراوح قيمتها بين 1.0 و2.0 واط/م·ك كافية وفعالة من حيث التكلفة. أما بالنسبة لمصابيح LED عالية الطاقة (إضاءة الشوارع، الإضاءة العالية السقف)، ومحولات الطاقة، ومحركات الدفع، فإن 3.0 واط/م·ك هي المعيار الشائع. أما بالنسبة لتصميمات وحدات الطاقة الأكثر تطلبًا من الناحية الحرارية ومصفوفات LED عالية الكثافة، فتتوفر عوازل كهربائية مملوءة بالسيراميك تصل قيمتها إلى 8.0 وات/م·كلفن. نوصي بإجراء مراجعة حرارية لتبديد الطاقة ودرجة حرارة الوصلة المستهدفة قبل الانتهاء من اختيار العازل الكهربائي.
يُعد الألومنيوم من النوع 5052 أو 6061 الخيار الافتراضي لمعظم تطبيقات مصابيح LED وتطبيقات الطاقة العامة — حيث يتميز بتوزيع حراري جيد، وتكلفة أقل، وسهولة أكبر في التشكيل باستخدام الحاسب الآلي (CNC). توفر القاعدة النحاسية تقريبًا ضعف الموصلية الحرارية للألومنيوم عند نفس السماكة، وتستحق التكلفة الإضافية عندما يكون انتشار الحرارة الجانبي عبر اللوحة (وليس فقط التوصيل الرأسي عبر العازل الكهربائي) هو العامل المحدد، كما هو الحال في الوحدات عالية الطاقة ذات مصادر الحرارة المركزة.
نعم. تُعد لوحات MCPCB أحادية الطبقة (طبقة دوائر واحدة على القاعدة المعدنية) هي التصميم الأكثر شيوعًا والأقل تكلفة، وتُستخدم في غالبية تطبيقات مصابيح LED. أما تصميمات MCPCB ثنائية الطبقات ومتعددة الطبقات، فتضع طبقات دوائر إضافية فوق القاعدة، متصلة بواسطة ثقوب مطلية أو مسارات توصيل، وتُستخدم عندما يتطلب التصميم كثافة توجيه أعلى مما يمكن أن تدعمه الطبقة الواحدة، مثل دوائر التشغيل المدمجة في نفس اللوحة مع مصفوفة LED.
يتراوح جهد الانهيار العازل القياسي لـ MCPCB بين 3 كيلو فولت و4.5 كيلو فولت، اعتمادًا على السماكة وتركيبة المادة المالئة. بالنسبة للوحات التي تتعامل مع الجهد المستمد من شبكة التيار الكهربائي، يجب مراجعة قيمة جهد الانهيار جنبًا إلى جنب مع مسافات الزحف والمسافات الفاصلة المطلوبة وفقًا لمعيار سلامة المنتج النهائي الخاص بك (على سبيل المثال، IEC 62368-1). نوصي بإطلاع فريقنا الهندسي على شهادة السلامة المستهدفة أثناء مراجعة تصميم التصنيع (DFM) لضمان مطابقة سماكة العازل الكهربائي وقيمة الجهد الكهربائي بشكل صحيح.
نحن ندعم سماكات النحاس التي تتراوح من 1 أونصة إلى 10 أونصات في طبقات دوائر MCPCB. وتُستخدم سماكات النحاس الأثقل (4 أونصات وما فوق) بشكل شائع في تصميمات MCPCB الخاصة بمصادر الطاقة ومحركات الدفع، وذلك لزيادة قدرة المسارات على حمل التيار إلى جانب المسار الحراري عبر العازل الكهربائي. يتطلب النحاس الأثقل حدًا أدنى أوسع للمسارات/المسافات بسبب عامل الحفر — ويتم مراجعة ذلك خلال مرحلة تصميم قابلية التصنيع (DFM).
نعم. تخضع اللوحة MCPCB من طراز 100% لاختبار الجهد العازل قبل الشحن، مما يؤكد أن اللوحة تستوفي معيار جهد الانهيار المحدد (3 كيلو فولت – 4.5 كيلو فولت حسب التصميم). وتُدرج نتائج الاختبار في حزمة وثائق الجودة المرفقة مع كل طلب، إلى جانب شهادة المطابقة الخاصة بالطبقة العازلة.
يرجى إرسال ملف «جربر» الخاص بكم، وقيم تبديد الطاقة، ودرجة الحرارة المستهدفة للوصلة. سيقوم مهندسونا بمراجعة اختيار العازل الكهربائي، والمعدن الأساسي، وجهد الانهيار في غضون 8 ساعات.
املأ التفاصيل أدناه وسنعاود الاتصال بك قريباً.