Cuándo usar PCBs de núcleo metálico (aluminio)

Cuándo usar PCBs de núcleo metálico (aluminio)

Las PCBs de núcleo de aluminio son placas de circuito impreso en las que el núcleo de la PCB es una capa de metal. Típicamente, este núcleo de metal es de aluminio, ya que es la opción más económica, pero también se pueden usar otros materiales como cobre u otras aleaciones de metal que aumentarían el rendimiento en términos de disipación térmica, aunque también el precio. Otro beneficio del aluminio con respecto a los otros núcleos de metal es el peso, que es mucho más bajo.

Estas PCBs de núcleo de aluminio pueden ser de una sola capa (solo sustrato sobre el laminado de metal) o multicapa, una o más capas en la parte superior y/o inferior del núcleo de metal. Normalmente, el sustrato que se combina con el núcleo de metal es FR4.

Entre el núcleo de metal y el FR4 se coloca una capa de aislamiento con una conductividad muy alta para tener una resistencia térmica muy baja, y de esta manera, el calor de los componentes se conduce fácilmente desde los componentes al núcleo de metal.

Ventajas/desventajas de las PCBs con núcleo de aluminio

Estas placas de circuitos impresos se desarrollaron para tener la posibilidad de mejorar la disipación de calor sobre las PCBs típicas cuando se colocan componentes de alto consumo de energía o muchos disipadores sobre la PCB.

A continuación, se muestran las principales ventajas de estas PCBs de aluminio:

• La principal ventaja de las PCBs con núcleo de aluminio es la mejora de la disipación térmica de las PCBs y de todos los componentes que componen el circuito electrónico.
• Estas mejoras en la disipación térmica le permiten al diseñador tener componentes de mayor disipación de potencia en un tamaño más pequeño que con las PCBs típicas.
• La PCB será más robusta que con las PCBs FR4 típicas, especialmente cuando se usan PCBs de bajo grosor gracias a la rigidez del aluminio.
• La confiabilidad del circuito electrónico será mejor ya que la disipación de potencia será mejor y la temperatura de los módulos será menor, a la misma temperatura ambiente, que si se utilizara una PCB FR4 típica.
• Para circuitos de muy alto consumo de energía basados ​​en PCBs FR4 que requerirán placas de base, radiadores o ventiladores, el uso de PCB de núcleo metálico podría evitar el uso de estas placas de base, radiadores o al menos, reducir el tamaño de ellos, y también se podría prescindir de ventiladores.
• Si se requieren disipadores/radiadores, se reducirá la conexión de resistencia térmica entre la PCB y el disipador de calor y se mejorará la conducción térmica. De esta forma, los componentes sobre las PCBs se enfriarán mucho mejor.
• Los amplificadores de alta potencia o transistores con almohadillas metálicas conectadas a masa se pueden colocar directamente sobre el núcleo de aluminio para mejorar la disipación de potencia.
• Muchas veces, el tamaño de la PCB se puede reducir y de esta manera el tamaño del módulo. Esto se debe a que para un buen rendimiento térmico, cuando se utiliza una PCB FR4 típica, los componentes de alto consumo de energía no se deben colocar cerca uno del otro. Al usar PCBs de núcleo metálico, esto no es un problema ya que el calor se propaga al núcleo de metal y no a los otros componentes.
• El núcleo de metal también se puede usar para rechazar señales electromagnéticas desde la parte superior hasta la parte inferior de la PCB.
• Las capas de aislamiento entre la capa de metal y el FR4 ayudan a mejorar la tensión mecánica de la placa a diferentes temperaturas.

Algunas desventajas de este tipo de PCB con respecto a las PCBs FR4 típicas son:

• Las PCBs de núcleo de aluminio serán más caras que las PCBs FR4 típicas.
• El peso de las PCBs de núcleo metálico será mayor que las PCBs típicas.
• Cuando se requiere que los componentes se coloquen en la parte superior e inferior de la PCB, la complejidad de la PCB aumenta cuando se requiere interconectar eléctricamente las capas superior e inferior.

Características de PCB de núcleo de aluminio

• Se pueden seleccionar diferentes espesores del núcleo de aluminio, generalmente entre 0,4 y 2,4 mm.
• Se pueden colocar diferentes capas de FR4 en la parte superior o inferior del núcleo de metal, con diferente sustrato y espesor de cobre para tener la pila final que necesites.

Aplicaciones de PCB con núcleo de aluminio

Este tipo de PCBs tiene muchas aplicaciones, pero las más importantes se detallan a continuación:

• Aplicaciones de LED. Dado que los LED emiten una gran cantidad de calor, los circuitos utilizados deben tener una muy buena disipación.
• Cama caliente para impresora 3D. El consumo de energía de estos módulos es muy alto, pero también el tamaño requerido es pequeño. Por eso, para esta aplicación, normalmente se utilizan placas de circuito impreso de núcleo de aluminio.
• Fuentes de alimentación, convertidores de CA/CC y reguladores. Debido a la eficiencia de estos componentes, generalmente presentan un alto consumo de energía en tamaños pequeños.
• Electrónica digital que incluye FPGA, ADC, DAC, etc. o incluso CPU
• Dispositivos de audio que usan amplificadores de potencia.
• Aplicaciones de telecomunicaciones para amplificadores de alta potencia.