IMS-/MCPCB-Fertigungskompetenz
Metallkern-PCB-Fertigung & Aluminium-Leiterplatten-Fabrikation
Eine Metal-Core-Leiterplatte (MCPCB), auch als Insulated Metal Substrate (IMS) bezeichnet, verbindet eine Kupfer-Schaltungslage über ein wärmeleitfähiges Dielektrikum mit einem Metallträger, um konzentrierte Wärme abzuführen. Prüfen Sie Aluminium- und Kupferaufbauten, DFM-Grenzen und Qualifikationskriterien, bevor Sie anfragen.
Sofortangebot anfordern
Wann ist eine Metal-Core-Leiterplatte (MCPCB) die richtige Engineering-Wahl?
Entscheidungsmatrix: Aluminium-, Kupfer- und mehrlagige IMS-Aufbauten
| Aufbauvariante | Empfohlen, wenn | Zentrale DFM-Prüfpunkte |
|---|---|---|
| Einschichtige Aluminium-IMS | Ausgewogene Wärmeabfuhr, leichter mechanischer Träger und Kosteneffizienz für LED-Beleuchtung oder Automotive-Leistungsstufen im Vordergrund stehen. | Hersteller/Typ des Dielektrikums, Schichtdicke, Durchschlagspannung, Planität der Oberfläche, Rückseitenfinish und Kühlkörper-Montageschnittstelle. |
| IMS mit Kupferbasis (MCPCB) | Die Thermalsimulation zeigt einen konzentrierten Wärmestrom, der die Abführgrenzen von Aluminium ohne ausreichende Reserve überschreitet. | Platinengewicht, Rohmaterialkosten, Werkzeugverschleiß beim CNC-Fräsen, CTE-Mismatch zu Silizium-Packages und thermische Masse beim Reflow-Vorheizen. |
| Doppelseitige / mehrlagige IMS | Routingdichte, Masseabschirmung oder komplexe Strombusse erfordern mehrere Kupferlagen bei gleichzeitig direktem Wärmepfad zum Metall. | Position der Metalllage im Stackup, Resin-Füllung vorgebohrter Kavitäten, elektrische Isolation Bohrung-zu-Kern, Ringwulste und sequentielle Lamination. |
| Alternative Thermallösungen (Heavy Copper, Coin, Keramik) | Extremer lokaler Wärmestrom, dichte Durchsteckverdrahtung, hohe Isolationsfestigkeit (>5 kV) oder Platzbeschränkungen machen IMS ungeeignet. | Gesamtwärmewiderstand des Systems, Routingdichte, Rework-Fähigkeit, SMT-Automationskompatibilität und Landed Cost des Produkts bewerten. |
Nominelle Wärmeleitfähigkeitswerte aus Materialdatenblättern sagen Bauteil-Sperrschichttemperaturen nicht isoliert voraus. Stackup-Geometrie, Kupferbalance, TIM-Übergänge und Umgebungsbedingungen im Betrieb müssen gemeinsam verifiziert werden.
Fertigungsfenster für Metal-Core-Leiterplatten (vorbehaltlich Engineering-DFM-Prüfung)
| Parameter | Standard-Fertigungsbereich | Bedingung der Engineering-Verifizierung |
|---|---|---|
| Lagenanzahl | 1–4 IMS-Lagen | Lagenaufbau, Position des Metallkerns und dielektrische Isolation der Bohrungen werden per DFM-Prüfung bestätigt. |
| Metallsubstrat-Träger | Aluminium (5052 / 6061), Kupfer oder Eisen nach Prüfung | Legierung, Substratdicke, Oberflächenbehandlung, Rückseitenpassivierung und elektrische Massefunktion spezifizieren. |
| Dielektrikums-System | TCLAD/Bergquist, Ventec, Arlon oder freigegebenes Äquivalent | Genaue Materialbezeichnung des Herstellers, Prüfmethode der Wärmeleitfähigkeit (ASTM D5470) und Substitutionen erfordern schriftliche Freigabe. |
| Endplattendicke | 0,5–4,6 mm | Die Enddickentoleranz hängt von Metallträgerstärke, Dielektrikumsdicke, Kupferfoliengewicht und Panelgröße ab. |
| Oberflächen | Bleifreies HASL, ENIG, OSP, Immersionssilber, Hartgold | Auswahl nach SMT-Lötbarkeit, Lagerfähigkeit, Wire-Bonding, Kontaktfingern und Umweltkonformität. |
| Platinen-Größenfenster | Min. 5,1 × 5,1 mm; max. 1.100 × 483 mm | Extra lange Streifen erfordern Prüfung von Panelisierung, CNC-Fräsung, Bow & Twist und Handling. |
| Min. Leiterbahn/Abstand @ 0,5 oz | 4 / 4 mil | Bestätigt gegen Kupferfolienfinish, Leiterbahn-Topologie, Panelausbeute und Durchschlagsgrenzen des Dielektrikums. |
| Min. Leiterbahn/Abstand @ 1 oz | 5 / 5 mil | Bestätigt gegen Endkupferdicke, Ätzkompensationsfaktoren und Stromdichteanforderungen. |
| Min. Leiterbahn/Abstand @ 2 oz | 5 / 7 mil | Abstandsregeln erweitern sich proportional zur Endkupferdicke und zu chemischen Ätzfaktoren. |
| Min. Leiterbahn/Abstand @ 3 oz | 7 / 8 mil | Leiterbahngeometrie abhängig von Pad-Layout, Abstandsregeln und lokaler Kupferdichte. |
| Min. Leiterbahn/Abstand @ 4 oz | 10 / 10 mil | Dicke Kupferleiter erfordern erweiterte Abstände und eine mehrstufige Ätzverifizierung. |
| Min. Ringwulst @ 0,5 oz | 4 mil | Korreliert mit Endlochdurchmesser, Bohrverlauf-Toleranzen und Isolationsabstand zum Metallkern. |
| Min. Ringwulst @ 1 oz | 5 mil | Korreliert mit Endlochdurchmesser, Bohrregister und Isolationsabständen zum Kern. |
| Min. Ringwulst @ 2 oz | 7 mil | Korreliert mit Bohrregister, Ätztoleranzen bei dickem Kupfer und Endlochgröße. |
| Min. Ringwulst @ 3 oz | 10 mil | Korreliert mit Ätzuntergrabung bei dickem Kupfer, Lochregister und mechanischer Isolation. |
| Min. Ringwulst @ 4 oz | 16 mil | Korreliert mit Ätzprofilen dicker Folien, mechanischer Stabilität und Integrität der dielektrischen Nachfüllung. |
| Schaltungskupfer-Gewicht | 0,5–4 oz fertig | Klar zwischen Ausgangsfoliengewicht und fertigem Kupfergewicht nach der Plattierung unterscheiden. |
| Min. Bohrung & Toleranzen | 30 mil für 0,5–2,0-mm-Platinen; 45 mil für 2,0–4,6-mm-Platinen; PTH ±4 mil; NPTH ±3 mil | Endlochdurchmesser, Isolationsränder zum Metallkern, Aspektverhältnis und Plattierungsfolge validieren. |
| Kupfer-/Zinn-Plattierung (HASL) | Kupfer 20–35 µm; Zinn 5–20 µm | Plattierungsdickenfenster im Fertigungsbegleitschein und per Querschliff bestätigt. |
| Chemisch Nickel/Immersionsgold (ENIG) | Nickel 100–200 µin; Gold 2–4 µin | Schichtdicke und XRF-Prüfmethode nach IPC-4552 bestätigt. |
| Hartgold-Plattierung | Nickel 100–200 µin; Gold 4–8 µin | Plattierungsfläche, Kontaktbeanspruchung, Goldhärte (Knoop) und Steckzyklen spezifizieren. |
| Kontaktfinger (Gold Edge) | Nickel 100–200 µin; Gold 5–15 µin | Fasenwinkel (20°/30°/45°), Finger-Tie-Bar-Führung und Kontaktverschleißfestigkeit spezifizieren. |
| Immersionssilber | 6–12 µin | Anti-Tarnish-Verpackung, kontrollierte Lagerbedingungen und Bestückungsfenster beim RFQ bestätigt. |
| Organischer Lötschutz (OSP) | Schichtdicke 8–20 µin | Thermische Zyklenfestigkeit und Anforderungen bei Mehrfach-Reflow bestätigt. |
| Lötstopplack glänzend | Grün, Schwarz, Rot, Gelb, Weiß, Blau oder Violett | Lackfarbe beeinflusst optische Reflexion (kritisch für LED-Boards), Inspektion und Emissionsgrad. |
| Lötstopplack matt | Mattgrün oder Mattschwarz | Materialauswahl und Erscheinungskriterien vor Produktionsfreigabe bestätigt. |
| Lötstopplack-Dicke | 0,2–1,6 mil über Kupferleiterbahnen | Tatsächliche Abdeckung hängt von Kupferfoliendicke, Leiterkantenprofil und Messstelle ab. |
| Min. Lötstopplack-Steg | Grün 4 mil; andere Farben 5 mil | Bestätigt gegen Lackregistertoleranzen, Kupfergewicht und SMD-Pitch-Geometrie. |
| Durchmesser gefüllter Vias | 10–25 mil | Füllharz, Füllgrad (≥100 %), Oberflächenplanarisierung und Coverlay-Abdeckung spezifizieren. |
| Bestückungsdruck | Weiß oder Schwarz | Ausgewählt für optimalen optischen Kontrast zur Lötstopplackfarbe nach den SMT-Reflow-Zyklen. |
| Auflösung Bestückungsdruck | Min. Linienbreite 5 mil; min. Zeichenhöhe 24 mil | Bestätigt gegen Schriftart, Strichstärke und Abstände zu Bauteilpads. |
| Elektrischer Test | Flying Probe oder dedizierter Nagelbett-Adapter nach IPC-9252 | Netzlistenreferenz, Prüfspannung, Durchgangswiderstands-Schwellen und Isolationswiderstandsgrenzen definieren. |
| CNC-Konturfräs-Toleranz | ±5 mil | Bestätigt gegen Gesamtabmessungen, innere Taschenradien, Metallträger-Legierung und Bezugspunkte. |
| V-Scoring-Toleranz | ±5 mil | Reststegdicke, Symmetrie oben/unten, Ausbrechkraft und Grat-Toleranzen definieren. |
| Min. gefräste Schlitzbreite | 40 mil | Endfräserdurchmesser, Frästiefe durch den Metallträger und Werkzeugfreigängigkeit per CAM verifiziert. |
| V-Score-Winkel | 15°, 20°, 30°, 45° oder 60° | Scoring-Winkel und Restkerndicke für manuelle oder automatisierte Vereinzelung konfiguriert. |
| Bow & Twist (Planität) | Ziel ≤1,0 % (≤0,75 % für automatisierte SMT-Bestückung) | Kriterien müssen Platinenmaße, Prüfverfahren nach IPC-TM-650 2.4.22 und Auflagebedingungen festlegen. |
| Qualitäts-Annahmereferenzen | IPC-6012 und IPC-A-600 Class 2 / Class 3 (wenn spezifiziert) | Anzuwendende Performance-Klasse, Inspektionszusätze und kundenspezifische Annahmegrenzen im RFQ angeben. |
| Lieferzeit | Bestätigt nach Engineering-DFM-Prüfung | Die Lieferzeit hängt von Rohmaterialverfügbarkeit, Panelkomplexität, Werkzeugbau, Volumen und Prüfumfang ab. |
Die Werte stellen Standard-Fertigungsfenster zur Vorauswahl dar. Nicht alle Extremwerte sind beliebig kombinierbar; erst die vollständige Prüfung des Engineering-Pakets validiert Stackup, Testplan, Stückpreis und Produktionsplan.
Erforderliches Engineering-Datenpaket für die Metal-Core-PCB-Anfrage
Von der CAM-Vorprüfung bis zur Losfreigabe: Was APTPCB verifiziert
Häufige Fragen zu Metal-Core-Leiterplatten
Was ist eine Metal-Core-Leiterplatte (MCPCB) bzw. ein IMS-Board?
Eine Metal-Core-Leiterplatte, auch Insulated Metal Substrate (IMS) genannt, integriert ein wärmeleitfähiges Dielektrikum zwischen der Kupfer-Schaltungslage und einer Metall-Trägerplatte. Dieser Aufbau leitet Wärmeenergie von hitzeerzeugenden Bauteilen direkt zum Chassis oder Kühlkörper ab. Die tatsächliche Gesamtleistung hängt allerdings vom Wärmeübergangsmaterial (TIM), der Qualität der Lötverbindungen und der mechanischen Montage ab.
Wann sollte ich einen Aluminiumkern statt eines Kupferkerns wählen?
Aluminium ist der Industriestandard für LED-Beleuchtung, Leistungswandlung und Automobilelektronik, bei denen Wärmeeffizienz, Gewicht und Fertigungskosten im Gleichgewicht bleiben müssen. IMS mit Kupferbasis ist für konzentrierte Hotspots mit hohem Wärmestrom reserviert, bei denen Aluminium die nötige thermische Sicherheitsreserve nicht liefert – mit entsprechend höheren Materialkosten und höherem Platinengewicht.
Reicht die Wärmeleitfähigkeit (W/m·K) aus dem Datenblatt, um die thermische Performance vorherzusagen?
Nein. Die nominelle volumetrische Wärmeleitfähigkeit allein bestimmt nicht die betriebliche Sperrschichttemperatur. Der Gesamtwärmewiderstand hängt von der Dielektrikumsdicke, der Durchschlagspannung, dem Kupferfoliengewicht, der Pad-Geometrie der Bauteile und dem Kontaktwiderstand des TIM zum Kühlkörper ab. Materialeigenschaften müssen nach anerkannten ASTM-D5470-Methoden über den kompletten thermischen Aufbau bewertet werden.
Können Metal-Core-Leiterplatten mehrlagige Routing-Strukturen und Plated Through-Holes (PTH) unterstützen?
Ja, doppelseitige und mehrlagige IMS-Aufbauten mit selektiv durchkontaktierten Bohrungen sind fertigbar. Sie erfordern eine explizite Stackup-Definition, dielektrische Vorisolierung um gebohrte Kavitäten im Metallkern, ausreichende Ringwulste und eine freigegebene mehrstufige Lamination, die durch die DFM-Prüfung im Front-End bestätigt wird.
Welche Engineering-Unterlagen werden für ein präzises Aluminium-PCB-Angebot benötigt?
Ein vollständiges RFQ-Paket umfasst Gerber-RS-274X- oder ODB++-Daten, bemaßte Fertigungszeichnungen, den detaillierten Lagenaufbau mit Dielektrikumsdicke, die Spezifikation der Metallträger-Legierung (z. B. Al 5052/6061 oder Cu), das fertige Kupfergewicht, die Oberflächenbeschaffenheit, die thermische Leistungsverteilung, Anforderungen an die Durchschlagfestigkeit, Prüfstandards und das Zielproduktionsvolumen.
Welche Qualitäts- und Inspektionsnachweise begleiten Produktionslose von Metallkern-Leiterplatten?
Zu den Liefernachweisen gehören automatisierte optische Inspektion (AOI), 100 % elektrischer Netzlistentest (Flying Probe oder Adaptertest), Maß- und Planitätsprüfung, Zertifikate der Durchschlag-/Hi-Pot-Prüfung, Mikroschliff-Analysen an Coupons sowie materialbezogene Certificates of Conformance (CoC) nach IPC-6012 und IPC-A-600.
Validieren Sie Ihren Metal-Core-Stackup vor der Fertigung
Reichen Sie Gerber-Daten, thermisches Leistungsbudget und Dielektrikumsanforderungen ein. Die APTPCB-Ingenieure führen eine kostenfreie DFM-Analyse durch, berechnen die thermische Impedanz und erstellen ein verbindliches Angebot.