Keramik-Leiterplatte vs. FR4 vs. MCPCB

Was ist der Unterschied zwischen Keramik-PCB, FR4 und MCPCB?

Wenn Sie Leiterplatten verwenden, können Sie die standardmäßigen FR4-Platinen oder eine Metallkern-Leiterplatte (MCPCB) verwenden. Keramische Leiterplatten sind eine Art von Metallkern-Leiterplatten, die Sie möglicherweise bevorzugen. An FR4-Boards ist sicherlich nichts auszusetzen, und wenn Sie sie in Ihrem Unternehmen erfolgreich eingesetzt haben, werden Sie dies wahrscheinlich auch weiterhin tun wollen. Aber für alle Fälle ist es eine gute Idee, die Unterschiede zwischen Standard-FR4-Boards und Metallkernboards zu verstehen.

Welche Sie wählen, hängt von den Anforderungen der jeweiligen Anwendungen ab, für die Sie Ihre Leiterplatten verwenden werden. Was sind also die verschiedenen Vor- und Nachteile von FR4-Platinen gegenüber MCPCB- oder Keramikplatinen?

FR4 vs. MCPCB

Einer der Hauptgründe, warum Sie FR4 im Vergleich zu einer Keramikplatine oder einer anderen MCPCB-Platine vermeiden würden, hat mit der Wärmeübertragung zu tun. Keramische Leiterplatten wie Aluminiumnitrid (AlN) und Aluminiumoxid (Al2O3) sind extrem wärmeleitend. FR4 PCB-Material ist es nicht. Wenn Sie Ihre Platinen in Anwendungen verwenden, in denen Hitze ein echtes Problem darstellt, wie z. B. LED-Beleuchtung, sollten Sie wahrscheinlich von Standard-FR4-Platinen auf Keramikplatinen oder andere Metallkern-Leiterplatten umsteigen, da Metallkernplatinen überschüssige Wärme leichter abführen können vor heißen Stellen, die letztendlich die Platine beschädigen können, indem sie die Lebensdauer der Halbleiterübergänge verkürzen.

Andere Metallkern-PCB-Materialien zusätzlich zu Aluminium und Beryllium können Kupfer- und Stahllegierungen umfassen. Stahllegierungen bieten eine Steifigkeit, die Sie mit Kupfer und Aluminium nicht erreichen, sind aber nicht so effektiv bei der Wärmeübertragung. Kupfer hat als Teil Ihrer Leiterplatten die beste Fähigkeit, Wärme zu übertragen und abzuleiten, aber es ist etwas teuer – daher entscheiden sich Unternehmen mit kleinem Budget, die viele Leiterplatten herstellen oder kaufen, oft für Aluminium als billigere, aber dennoch hochwirksame Wärmequelle. ableitende Alternative zu FR4-Boards.

Aluminium-Leiterplatten

Für die meisten Unternehmen sind Metallkern-Leiterplatten mit Aluminiumbasis die kostengünstigste Lösung. Sie erhalten eine gute Steifigkeit und Wärmeleitfähigkeit zu einem günstigeren Preis. Wenn Sie Metallkern-Leiterplatten bestellen und kein Kupfer spezifizieren, können Sie aus diesem Grund in der Regel mit einem Aluminiumkern rechnen.

Wie Metallkern-Leiterplatten Wärme ableiten

Der Grund, warum Metallkern-Leiterplatten Wärme so viel effektiver ableiten als FR4-Platinen, liegt in ihrem wärmeleitenden dielektrischen Material, das als Wärmebrücke von den IC-Komponenten zur Metallplatte dient und Wärme automatisch durch den Kern zu einem Kühlkörper leitet . Wenn Sie FR4-Platinen haben, müssen Sie einen topischen Kühlkörper hinzufügen, um Wärme durch die Platine zu leiten, da sonst potenziell schädliche Hotspots entstehen.

Weitere Vorteile von MCPCBs

Neben der Vermeidung von Hot Spots führen die Wärmeleiteigenschaften einer Metallkern-Leiterplatte auch zu einer geringeren Wärmeausdehnung und damit zu einer höheren Dimensionsstabilität. Wärmeausdehnung kann dazu führen, dass verschiedene Schichten der Platine unterschiedliche Formen oder Größen annehmen, was die Integrität und Funktionalität der Platine beeinträchtigt. Schutz vor Wärmeausdehnung ist wünschenswert.

Wo würde ich eine Keramikplatine oder eine Metallkernplatine verwenden?

Es ist wichtig zu verstehen, dass es viele Umstände gibt, in denen die Verwendung einer FR4-Karte indiziert und vollkommen akzeptabel ist. Bestimmte Anwendungen erfordern jedoch eine Leiterplatte mit Keramik- oder anderem Metallkern, um Ihr Produkt nicht zu gefährden. Dazu gehören:

• LED-Leuchten, insbesondere Strahler und Hochstrom-LEDs
• Autos, insbesondere Leistungsregler, variable optische Systeme, Wechselwandler und Leistungsregler für Autos
• Industrielle Energieanlagen
• Drucker
• IC-Arrays
• Halbleiterkühlgeräte
• Audioverstärker
• Hochleistungstransistoren und Transistorarrays
• Solarzellensubstrate
• Andere Leistungsanwendungen wie DC-Wandler und -Regler

Welche Arten von Metallkern-Leiterplatten sind verfügbar?

Metallkern-Leiterplatten sind als einlagige Leiterplatten, einlagige Chip-on-Board-Leiterplatten, zweilagige Leiterplatten, doppelseitige Leiterplatten und mehrlagige Leiterplatten erhältlich. Auch hier hängt die Wahl von Ihren persönlichen PCB-Anwendungsanforderungen ab.

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