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2024年5月24日

メタルコアPCBの利点と用途

メタルコア プリント基板 (MCPCB) は、効率的な放熱のために設計された特殊なタイプの PCB です。従来の PCB とは異なり、MCPCB はベースとして金属材料 (通常はアルミニウムまたは銅) を使用します。この金属コアは、重要なコンポーネントから熱を管理して拡散させ、電子機器がスムーズに機能するようにします。

今日のハイテクの世界では、効果的な熱管理が不可欠です。LED 照明システムからパワー エレクトロニクスまで、多くの電子機器は大量の熱を発生します。適切に管理しないと、この熱によってコンポーネントが損傷し、機器の寿命が短くなる可能性があります。 

MCPCB は、熱を効率的に放散することで、現代の電子機器の性能と信頼性を向上させるソリューションを提供します。高電力と熱効率が不可欠な業界では、MCPCB の使用がますます一般的になっています。

銅、誘電体、ベース層を示す金属コア PCB の図

メタルコアPCBの主な利点

優れた放熱性

メタル コア PCB の最も重要な利点の 1 つは、熱を素早く放散できることです。熱管理が難しい従来の PCB とは異なり、MCPCB は 8 ~ 9 倍速く熱を伝達します。これは、コンポーネントから熱を拡散させるのに役立つ金属ベースによるものです。これにより、コンポーネントの温度が下がり、効率的に動作し、長持ちします。

耐久性とパフォーマンスの向上

MCPCB は、高レベルの熱ストレスに耐えられるように作られています。金属コアが機械的安定性を提供し、ボードの耐久性を高め、極端な温度でも反りや割れが生じにくくなります。この耐久性の向上により、厳しい環境でも電子機器が確実に動作します。

熱管理の利点

現代の電子機器では、効果的な熱管理が不可欠です。MCPCB には、高熱伝導率の誘電ポリマー層が組み込まれています。この層は熱抵抗を減らし、重要なコンポーネントから熱を効率的に逃がします。その結果、PCB の全体的な熱性能が向上し、敏感な部品が保護され、デバイスの全体的な信頼性が向上します。

マイクロチップを検査するためにツールを使用している手袋をした手のクローズアップ

メタルコアPCBの一般的な用途

LED照明ソリューション

メタル コア PCB は、LED 照明システムで広く使用されています。LED は大量の熱を発生し、その明るさと寿命に影響を与えます。MCPCB は、この熱を効率的に管理するのに役立ちます。LED から熱を逃がし、LED を低温に保ちます。

これにより、LED の性能が向上するだけでなく、寿命も延びます。用途には、街路照明、自動車照明、屋内および屋外の一般照明などがあります。

パワーエレクトロニクス

パワーエレクトロニクスでは、効果的な放熱が重要です。MCPCB は、電力コンバータ、高電圧レギュレータ、電源に最適です。これらのコンポーネントは大量の熱を発生するため、パフォーマンスと信頼性を維持するには、この熱を管理する必要があります。 

MCPCB の金属コアは、これらのコンポーネントから熱を拡散させ、効率的に動作することを保証します。このため、MCPCB はさまざまなパワー エレクトロニクス アプリケーションに適した選択肢となっています。

自動車・産業

自動車および産業分野では、高い熱および機械的ストレスに耐える電子部品が求められることがよくあります。MCPCB は、ハイブリッド車や電気自動車のモーター制御アプリケーションで使用されます。 

これらは、高出力コンポーネントによって発生する熱を管理し、安定した動作を確保するのに役立ちます。産業用途では、MCPCB は堅牢で信頼性の高い電子コンポーネントを必要とする機械や装置に使用されます。

再生可能エネルギー

ソーラーパネルや太陽電池などの再生可能エネルギーシステムは、MCPCB から大きな恩恵を受けます。これらのシステムは動作中にかなりの量の熱を発生します。 

MCPCB は、この熱を管理して、エネルギー変換プロセスの効率と信頼性を向上させます。MCPCB は、コンポーネントを低温に保つことで、再生可能エネルギー システムのパフォーマンスと寿命を向上させます。

メタル コア PCB は多用途で、さまざまな高性能アプリケーションに不可欠です。熱を効率的に管理できるため、LED 照明、パワー エレクトロニクス、自動車および産業用途、再生可能エネルギー システムに最適です。信頼性の高い動作を保証し、電子部品の寿命を延ばすことで、MCPCB は現代のテクノロジーで重要な役割を果たします。

複雑な回路とコンポーネントを備えたグリーンPCB

MCPCBの材料と構造

コア材料: アルミニウム vs. 銅

MCPCB のコア材料には主にアルミニウムまたは銅が使用されています。アルミニウムはコストと熱伝導率のバランスが優れているため、最も一般的な選択肢です。軽量で手頃な価格であるため、さまざまな用途に最適です。

一方、銅は優れた熱性能を備えています。銅は、より高い熱放散を必要とする用途で使用されますが、アルミニウムよりも高価です。

標準的な厚さと仕様

MCPCBの金属コアの厚さは用途によって異なります。標準的な厚さは 30ミルから125ミルただし、この厚さはプロジェクトの特定のニーズに基づいてカスタマイズできます。コアが厚いほど放熱性は向上しますが、PCB 全体の重量とコストが増加する可能性があります。

銅箔に関する考慮事項

銅箔はMCPCBの重要な部分です。銅箔の厚さは 1オンスから10オンス銅箔が厚くなると、PCB の熱性能と電気性能が向上し、高電流アプリケーションに適したものになります。 

ただし、銅箔が厚くなるとコストも高くなるため、銅箔の厚さは性能要件とコスト考慮のバランスを取る必要があります。

MCPCB の材質と構築方法の選択は、そのパフォーマンスに大きく影響します。アルミニウム コアと銅コアにはそれぞれ異なる利点があり、コアと銅箔の厚さは、アプリケーションの特定の熱的および電気的要件を満たすように慎重に選択する必要があります。 

これらの材料と構築技術を理解することで、メーカーは高熱環境で最適なパフォーマンスと信頼性を実現する MCPCB を作成できます。

複数の黒い集積回路を備えた緑の PCB

製造および設計技術

試作と製造プロセス

メタル コア PCB の作成は、綿密な試作プロセスから始まります。この段階では、エンジニアは本格的な生産の前に設計をテストして改良することができます。従来の PCB と同様に、標準の表面実装技術 (SMT) アセンブリ装置が使用されます。 

ただし、MCPCB では金属コアに対して特別な配慮が必要であり、適切な取り扱いと位置合わせが確実に行われるようにする必要があります。プロトタイピングにより、潜在的な問題を早期に特定し、長期的には時間とリソースを節約できます。

製造プロセスにはいくつかのステップが含まれます。

  1. 材料の準備: 金属コア(通常はアルミニウムまたは銅)は、必要な厚さと仕様に応じて準備されます。
  2. レイヤー: 金属コアに熱伝導率の高い誘電体層を施し、絶縁バリアとして機能させ、熱放散を促進します。
  3. 銅箔の用途: 次に、銅箔を誘電体層の上に積層します。銅箔の厚さは設計要件に応じて異なります。
  4. エッチングとドリリング: PCB 設計は銅箔にエッチングされ、回路レイアウトに従ってビアと穴が開けられます。
  5. 組み立て: コンポーネントは、SMT アセンブリ技術を使用して PCB 上に配置され、はんだ付けされます。
  6. テストと品質管理: 最終製品は、すべてのパフォーマンスと信頼性の基準を満たすために厳格なテストを受けます。

高度な熱管理技術

MCPCB のパフォーマンスには、効果的な熱管理が不可欠です。放熱性を高めるために、いくつかの高度な技術が採用されています。

  1. サーマルビア: これらは銅などの伝導性材料で満たされた小さな穴で、最上層から金属コアに熱を伝達するのに役立ちます。これにより、PCB 全体で効率的な熱放散が保証されます。
  2. 銅またはアルミニウムの台座: これらの台座は、発熱部品の真下に配置され、金属コアへの直接的な熱経路を提供し、熱伝達を大幅に改善します。
  3. ヒートシンクとサーマルパッド: 追加のヒートシンクとサーマルパッドを PCB に取り付けると、冷却をさらに強化できます。これらのコンポーネントは、PCB から熱を奪い、周囲の環境に放散するのに役立ちます。
  4. 最適化されたレイアウト設計: レイアウト設計を慎重に行うことで、熱抵抗を最小限に抑えることができます。高熱コンポーネントを戦略的に配置し、確実な熱経路を確保することが、最適なパフォーマンスを得るために不可欠です。
大きな銀色のヒートシンクとその他のコンポーネントを備えた緑色の PCB のクローズアップ

結論

MCPCB技術の将来動向

MCPCB テクノロジーの将来は有望に見え、次のようないくつかの刺激的なトレンドが近づいています。

  1. 先進的な材料: 研究者たちは、より優れた熱伝導性と機械的特性を備えた新しい材料を研究しています。これにより、MCPCB の性能と信頼性がさらに向上します。
  2. 小型化: 電子機器の小型化が進むにつれ、より小型で効率的な MCPCB の需要が高まっています。製造技術の進歩により、性能を犠牲にすることなくコンパクトな MCPCB を製造できるようになります。
  3. スマートテクノロジーとの統合: MCPCB は、IoT デバイスや照明システムなどのインテリジェント テクノロジーの開発に不可欠になると期待されています。これらのアプリケーションでは、熱を効果的に管理する能力が不可欠です。
  4. 持続可能性: より環境に優しい製造プロセスへの移行が進んでおり、MCPCB 用の持続可能な材料とリサイクル方法の開発がますます重要になります。

最終的な考え

メタル コア PCB は、比類のない熱管理と耐久性を備え、現代の電子設計の最先端にあります。技術の進歩に伴い、MCPCB は進化を続け、さまざまな高性能アプリケーションの高まる需要に応えます。GlobalWellPCBA では、こうしたトレンドを先取りし、MCPCB のあらゆるニーズに応える最先端のソリューションを提供することに全力で取り組んでいます。

によって書かれた記事 アリス・リー

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