Metal-Core-PCBs: Design, Materialien und Hochtemperaturanwendungen

6. Dezember 2021

Die steigende Nachfrage nach PCB-Fertigung resultiert aus Fortschritten in der Elektronik, Prozessautomatisierung, wachsendem Bedarf an Consumer-Geräten, Haushaltsgeräten und elektromechanischen Systemen. Alle diese Anwendungsbereiche haben unterschiedliche Anforderungen an Materialien, Substrate, Layeranzahl etc. Für Hochtemperaturumgebungen werden Metal-Core-PCBs (MCPCBs) eingesetzt. Sie bieten gegenüber FR4 oder Polymerbasen deutliche Vorteile. MCPCBs nutzen LeiterMetalle wie Aluminium oder Kupfer als Basismaterial. Dieser Beitrag beleuchtet Details, Vorteile und Anwendungen.

Metal-Core-PCBs im Detail

Auch als Thermal PCBs, Thermal Clad PCBs oder Isolierte Metallische Substrate (IMS) bekannt – zu Recht: Sie verteilen Wärme nahezu gleichmäßig in beide Richtungen des Kerns und über alle daraufliegenden Layer. Dies schützt Board und Bauteile vor thermischer Schädigung. Aufbau: Kupferfolie, Metallplatten, thermisch isolierende Schichten, Lötstopplack, Schaltungsschicht, Dielektrikum und Metallkern als Heat Spreader. Während Überhitzung bei herkömmlichen Bauteilen oft durch Lüfter bekämpft wird, nutzen MCPCBs leitende Kühlung: Wärme wird gleichmäßig vom heißen zum kühleren Bereich transportiert.

Aluminium ist der häufigste Kernwerkstoff – gute Wärmeableitung, zäh, leicht. Kupfer leitet noch besser, ist aber schwerer, teurer und schwieriger zu fertigen. Typischer 3-Lagen-Aufbau:

• Kupferfolienschicht
• Dünne dielektrische Schicht für thermische Leitfähigkeit
• Dicke Aluminium- oder Kupferkernschicht

Bei MCPCBs ist SMT (Surface Mount Technology) Standard, da durchgehende Bohrungen (Through-Hole) im leitenden Kern Kurzschlussrisiken bergen – besonders bei LED-Anwendungen kritisch.

Vorteile von Metal-Core-PCBs

Bei Hochtemperaturanwendungen steigt die Temperatur von Board und Bauteilen (besonders bei FR4) durch begrenzte Wärmeableitung an – Folge: Funktionsbeeinträchtigung oder Schaden. MCPCBs leiten Wärme aktiv zum Heat Spreader ab. Kernvorteile:

• Metalle leiten Wärme und Strom exzellent – schneller Wärmetransport.
• Kern leitet Wärme von sensiblen Bauteilen und Leiterbahnen weg.
• Aluminium/Kupfer: langlebig, sicher, ungiftig (bleifrei).
• Vibrationsfest – schützt Bauteile vor Ablösen in vibrationsintensiven Anwendungen.
• Bessere strukturelle und dimensionsstabile Festigkeit.
• Recycelbar; Aluminium leichter als Epoxid/FR4.

Für anspruchsvolle Hochtemperaturanwendungen – insbesondere OEMs von LED-Beleuchtungssystemen – sind MCPCBs die kluge Wahl. Voraussetzung: Partnerschaft mit erfahrenem, zuverlässigem PCB-Hersteller, der Anforderungen versteht und maßgeschneiderte Lösungen liefert. Creative Hi-Tech ist spezialisiert auf kundenspezifische PCB-Designs und -Montagen, bietet MCPCBs für anspruchsvolle Anwendungen.

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