Las aplicaciones de iluminación de alta potencia dependen en gran medida de los procesos de ensamblaje y reflujo de LED MCPCB para gestionar el calor de manera efectiva y asegurar la longevidad de los componentes. A diferencia de las placas FR4 estándar, las placas de circuito impreso con núcleo metálico (MCPCB) actúan como un disipador de calor masivo, lo que cambia fundamentalmente el comportamiento de la pasta de soldar, cómo se distribuye el calor durante el reflujo y cómo deben manipularse los componentes. Los ingenieros a menudo se enfrentan a desafíos como juntas de soldadura frías debido a la rápida disipación del calor o daños en las lentes de los LED por una exposición térmica excesiva.

En APTPCB (APTPCB PCB Factory), nos especializamos en optimizar estos perfiles térmicos para garantizar conexiones fiables entre LEDs de alta potencia y sustratos con respaldo metálico. Esta guía cubre las reglas específicas, las especificaciones y los pasos de solución de problemas necesarios para dominar el ensamblaje y reflujo de LED MCPCB.

las placas de circuito impreso con núcleo metálico (MCPCB): respuesta rápida (30 segundos)

• Efecto de disipador de calor: El núcleo metálico (aluminio o cobre) absorbe el calor rápidamente. Debe extender la zona de "remojo" (soak zone) en su perfil de reflujo (60–120 segundos) para asegurar que la PCB alcance la temperatura de soldadura antes del pico.
• Selección de pasta de soldar: Utilice SAC305 o aleaciones de alta fiabilidad. Evite las pastas de baja temperatura para LEDs de alta potencia, a menos que la especificación del componente lo exija estrictamente, ya que las temperaturas de funcionamiento pueden volver a fundir las uniones débiles.
• Diseño de la plantilla: Para almohadillas térmicas grandes debajo de los LED, utilice un diseño de apertura tipo "ventana" (cobertura del 50-70%) para permitir la desgasificación y evitar huecos masivos que bloqueen la transferencia de calor.
• Tasa de enfriamiento: No enfríe demasiado rápido (>3°C/seg). El enfriamiento rápido en un núcleo metálico causa choque térmico y deformación debido al desajuste del Coeficiente de Expansión Térmica (CTE) entre el dieléctrico, el cobre y la placa metálica.
• Protección de lentes: Las lentes de silicona de los LED son blandas. Asegúrese de que las boquillas de pick-and-place sujeten el cuerpo del encapsulado, no la lente, para evitar deformaciones.
• Validación: La inspección por rayos X es obligatoria para la almohadilla térmica debajo del LED. Un porcentaje de huecos >25% generalmente se considera un fallo para aplicaciones de alta potencia.

las placas de circuito impreso con núcleo metálico (MCPCB) LED (y cuándo no)

Comprender cuándo cambiar de FR4 estándar a un proceso de núcleo metálico es fundamental para el costo y el rendimiento.

Cuándo usar el ensamblaje MCPCB LED

• Alta densidad de potencia: Aplicaciones >1W por LED o arreglos de alta densidad (por ejemplo, faros automotrices, alumbrado público, iluminación de estadios).
• Criticidad de la gestión térmica: Cuando las temperaturas de unión ($T_j$) se acercan al límite del fabricante (generalmente 125°C o 150°C) utilizando FR4 estándar.
• Rigidez estructural: Entornos que requieren estabilidad mecánica donde la PCB también sirve como parte del chasis.
• Requisitos de larga vida útil: Iluminación industrial o aeroespacial donde se esperan más de 50.000 horas de funcionamiento sin depreciación del lumen causada por el sobrecalentamiento.

Cuándo NO usarlo (Quédese con FR4)

• Indicadores de baja potencia: LEDs de estado o retroiluminación de pantalla donde la corriente es <20mA.
• Enrutamiento complejo: Las MCPCB son típicamente de una sola capa. Si necesita más de 4 capas de enrutamiento de señal complejo, una PCB multicapa estándar con vías térmicas suele ser mejor y más barata.
• Alta frecuencia/RF: El acoplamiento capacitivo entre la pista de cobre y el núcleo metálico puede distorsionar las señales de alta velocidad.
• Juguetes de consumo sensibles al costo: Si el calor no está dañando el dispositivo, el sobrecosto de 2 a 5 veces de las MCPCB no está justificado.

las placas de circuito impreso con núcleo metálico (MCPCB) LED (parámetros clave y límites)

El ensamblaje y reflujo exitoso de MCPCB LED depende de la adhesión a estrictos parámetros físicos y térmicos.

Regla / Parámetro	Valor / Rango recomendado	Por qué es importante	Cómo verificar	Si se ignora
Conductividad térmica dieléctrica	1,0 – 3,0 W/mK (Estándar) hasta 8,0 W/mK	Determina la rapidez con la que el calor se mueve del LED al núcleo metálico.	Hoja de datos / ASTM D5470	El LED se sobrecalienta; rápida degradación del lumen.
Tensión de ruptura dieléctrica	>3kV AC (Típica)	Evita el arco entre el circuito y el chasis metálico.	Prueba Hi-Pot	Cortocircuito al chasis; riesgo de seguridad.
Peso de la lámina de cobre	1oz – 3oz (35µm – 105µm)	El cobre más grueso distribuye el calor lateralmente antes de que suba verticalmente.	Análisis de microsección	Se forman puntos calientes debajo del chip LED.
Aleación de pasta de soldar	SAC305 (Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5)	Aleación estándar sin plomo con buena resistencia a la fatiga.	Análisis XRF	Agrietamiento de las uniones bajo ciclos térmicos.
Temperatura pico de reflujo	235°C – 245°C	Asegura una humectación completa sin dañar la lente del LED.	Perfilador térmico	Uniones frías (demasiado bajas) o fusión de la lente (demasiado altas).
Tiempo por encima del liquidus (TAL)	45 – 75 segundos	Permite que la soldadura humedezca y el fundente se active completamente.	Perfilador térmico	Mala humectación o crecimiento intermetálico excesivo.
Tiempo de remojo en reflujo (150-200°C)	60 – 120 segundos	Permite que el núcleo de metal pesado alcance el equilibrio.	Perfilador térmico	Efecto "tombstoning"; formación de bolas de soldadura; uniones frías.
Porcentaje de huecos (Almohadilla térmica)	< 25% (General), < 10% (Alta fiabilidad)	Las bolsas de aire bloquean la transferencia de calor.	Inspección por rayos X	El LED se sobrecalienta a pesar de un buen material MCPCB.
Acabado superficial	ENIG o OSP	Superficie plana para LED de paso fino; buena vida útil.	Visual / XRF	Altura de pasta de soldar irregular; mala humectación.
Espesor de la plantilla	4mil – 6mil (0.10mm – 0.15mm)	Controla el volumen de soldadura.	Medidor de tensión / Micrómetro	Puentes de soldadura (demasiado gruesa) o soldadura insuficiente (demasiado delgada).
Alabeo/Torsión de la PCB	< 0.75%	El núcleo metálico puede deformarse durante el reflujo.	Medidor de planitud	Estrés de ensamblaje; dificultad para montar en el disipador de calor.

las placas de circuito impreso con núcleo metálico (MCPCB) (puntos de control del proceso)

La ejecución del ensamblaje y reflujo de LED MCPCB requiere un flujo de proceso SMT modificado.

1. Revisión de Diseño para Fabricación (DFM)

   • Acción: Verifique que la huella del LED coincida con el diseño de la plantilla. Asegúrese de que la almohadilla térmica en la PCB no sea más grande que la almohadilla del componente para evitar flotación/desviación.
   • Verificación: Confirme que el espesor dieléctrico y la conductividad térmica coinciden con el requisito de disipación de calor.
   • Enlace: Revise las Directrices DFM para conocer las restricciones específicas del núcleo metálico.

2. Impresión de pasta de soldar

   • Acción: Aplique pasta SAC305. Utilice una plantilla con reducción de apertura "tipo ventana" (cobertura del 50–70%) en la gran almohadilla térmica central.
   • Parámetro clave: Esta segmentación permite que los gases volátiles del fundente escapen a través de canales, reduciendo la formación de huecos.
   • Verificación: Inspeccione la altura y alineación de la pasta utilizando SPI (Inspección de Pasta de Soldar).

3. Colocación de componentes

   • Acción: Coloque los LED utilizando una máquina pick-and-place equipada con boquillas blandas o especializadas.
   • Parámetro clave: La fuerza de colocación debe ser mínima para evitar el agrietamiento de la base cerámica o la deformación de la lente de silicona.
   • Verificación: Verificación visual de que la boquilla toca el cuerpo del componente, no la cúpula óptica.

4. Perfilado de Reflujo (El paso crítico)

• Acción: Configurar el horno de reflujo con un perfil específico para alta masa térmica.
• Parámetro clave: Aumentar la duración de la "Zona de remojo" (Soak Zone). El núcleo metálico se retrasa con respecto a la temperatura del aire. Si el aire está a 250°C, la placa podría estar solo a 220°C. Se necesita tiempo para que el metal se ponga al día.
• Verificación: Conectar termopares directamente a la superficie del MCPCB (no solo a la sonda de aire) para validar la temperatura real de la placa.

5. Soldadura por reflujo

   • Acción: Pasar el conjunto a través del horno.
   • Parámetro clave: La temperatura pico debe mantenerse el tiempo suficiente para el mojado, pero lo suficientemente corto para evitar el amarilleamiento de la lente (generalmente <260°C máximo absoluto).
   • Verificación: Asegurarse de que la velocidad del transportador permita el tiempo de remojo extendido.

6. Enfriamiento

   • Acción: Enfriar el conjunto hasta la temperatura ambiente.
   • Parámetro clave: Tasa de enfriamiento controlada (<3°C/seg). El aluminio se contrae más rápido que el cobre/soldadura. El enfriamiento rápido fija las tensiones, lo que lleva a placas deformadas o uniones agrietadas.
   • Verificación: Comprobación visual de la planitud de la placa inmediatamente después de la salida.

7. Inspección óptica y de rayos X

   • Acción: Realizar AOI para la presencia y polaridad de los componentes. Realizar rayos X para la almohadilla térmica.
   • Parámetro clave: Verificar que el porcentaje de huecos esté por debajo del límite especificado (por ejemplo, <25%).
   • Verificación: Aprobado/Fallido basado en el porcentaje de huecos y la calidad del filete de soldadura.

8. Despanelización y manipulación

   • Acción: Separar las placas si están panelizadas.

• Parámetro clave: Utilice separadores de corte en V o herramientas de punzonado diseñadas para metal. No rompa a mano, ya que la tensión de flexión agrieta los LED cerámicos.
• Verificación: Inspeccione los bordes en busca de rebabas que puedan comprometer el aislamiento eléctrico.

las placas de circuito impreso con núcleo metálico (MCPCB) (modos de falla y soluciones)

Cuando el ensamblaje y el reflujo de LED MCPCB salen mal, los síntomas suelen ser térmicos o mecánicos.

1. "Efecto lápida" o desviación del LED

• Síntoma: El LED se levanta por un extremo o gira fuera de las almohadillas.
• Causa: Calentamiento desigual. El núcleo metálico actúa como un disipador de calor. Si una almohadilla se conecta a un gran plano de cobre y la otra no, la soldadura se derrite en diferentes momentos.
• Solución: Utilice conexiones de alivio térmico en las almohadillas (si el diseño eléctrico lo permite) o ajuste el tiempo de remojo de reflujo para igualar las temperaturas en toda la placa.

2. Alta formación de huecos en la almohadilla térmica

• Síntoma: La radiografía muestra grandes burbujas de aire (>30%) debajo del LED.
• Causa: Volátiles de fundente atrapados debajo del componente grande; abertura de la plantilla demasiado grande (cobertura del 100%).
• Solución: Cambie el diseño de la plantilla a un patrón de panel de ventana (4 cuadrados más pequeños en lugar de 1 cuadrado grande). Esto crea canales para que escape el gas.

3. Juntas de soldadura fría

• Síntoma: Soldadura opaca y granulosa; alta resistencia eléctrica; funcionamiento intermitente del LED.
• Causa: El núcleo metálico absorbió el calor demasiado rápido; el perfil de reflujo no tuvo en cuenta la masa térmica.
• Solución: Aumente el tiempo de remojo y, potencialmente, la temperatura máxima. Asegúrese de que el horno tenga suficiente energía de convección.

4. Deformación / Decoloración de la lente LED

• Síntoma: La cúpula de silicona está aplastada o se ha vuelto amarilla.
• Causa: Temperatura de reflujo demasiado alta, o la boquilla de pick-and-place presionó la lente.
• Solución: Verifique la hoja de datos del LED para la temperatura máxima (a menudo 260°C durante 10s). Cambie a una boquilla que sujete los lados del LED.

5. Ruptura dieléctrica (Fallo Hi-Pot)

• Síntoma: Cortocircuito entre el circuito de cobre y la base de aluminio.
• Causa: Las rebabas de la perforación o el enrutamiento penetraron la capa dieléctrica; o la capa dieléctrica es demasiado delgada para el voltaje.
• Solución: Mejore el acabado de los bordes (desbarbado) y asegúrese de que las especificaciones de la PCB de núcleo metálico cumplan con el voltaje de aislamiento requerido (por ejemplo, 3kV).

6. Alabeo de la PCB

• Síntoma: La placa está curvada; no se asienta plana sobre el disipador de calor.
• Causa: Desajuste del CTE durante el enfriamiento o calentamiento rápido.
• Solución: Reduzca la velocidad de rampa de enfriamiento. Asegúrese de que el grosor de aluminio/cobre esté equilibrado con la tensión dieléctrica.

las placas de circuito impreso con núcleo metálico (MCPCB) (Cómo elegir materiales)

El éxito del ensamblaje comienza con la selección de la materia prima.

Núcleo de aluminio vs. Núcleo de cobre

• Aluminio: Estándar para el 90% de las aplicaciones LED. Buena conductividad térmica (~200 W/mK para el metal, aunque el sistema está limitado por el dieléctrico). Más barato y ligero.
• Cobre: Utilizado para densidades de potencia extremas. El cobre tiene una conductividad de ~390 W/mK. Disipa el calor más rápido, pero es más pesado y significativamente más caro. Usar solo si el aluminio falla en la simulación térmica.

Espesor de la capa dieléctrica

• Más delgado (por ejemplo, 75µm): Mejor transferencia térmica (menor resistencia térmica) pero menor protección contra la ruptura de voltaje.
• Más grueso (por ejemplo, 150µm): Mejor aislamiento eléctrico (mayor clasificación Hi-Pot) pero mayor resistencia térmica.
• Decisión: Si su LED funciona a bajo voltaje (12V/24V), priorice un dieléctrico más delgado para una mejor refrigeración. Si funciona con voltaje de red (110V/220V) a bordo, necesita un aislamiento más grueso.

las placas de circuito impreso con núcleo metálico (MCPCB) LED (Revisión de Diseño para Fabricación (DFM), apilamiento, inspección AOI, inspección por rayos X)

1. ¿Por qué mi MCPCB LED requiere un perfil de reflujo diferente al de FR4? El núcleo metálico absorbe el calor mucho más rápido que la fibra de vidrio FR4. Un perfil estándar resultará en que la placa esté demasiado fría cuando alcance la zona pico, causando uniones de soldadura frías. Debe extender el tiempo de remojo para permitir que el metal se caliente.

2. ¿Puedo retrabajar o reparar un LED en un MCPCB? Sí, pero es difícil. Un soldador estándar no funcionará porque la placa disipa el calor. Necesita una placa caliente (precalentador) ajustada a ~100-150°C para elevar la temperatura base de la placa antes de usar una pistola de aire caliente o un soldador.

3. ¿Cuál es el mejor acabado superficial para MCPCB de LED? ENIG (Níquel Químico Oro por Inmersión) u OSP (Preservante de Soldabilidad Orgánico) son los mejores. El HASL a menudo es demasiado irregular para LEDs de paso fino y puede hacer que el componente se incline, afectando el ángulo del haz óptico.

4. ¿Cómo reduzco los huecos en la almohadilla térmica? Utilice un diseño de plantilla tipo ventana (cobertura del 50-70%) en lugar de imprimir pasta en el 100% de la almohadilla. Esto permite que los gases de flujo se ventilen.

5. ¿Cuál es la temperatura máxima para el reflujo de LED? La mayoría de los LEDs de alta potencia están clasificados para un pico de 260°C durante un máximo de 10 segundos. Exceder esto puede dañar la lente de silicona o las uniones de alambre internas.

6. ¿Debo usar pasta térmica o una almohadilla térmica debajo del MCPCB? Sí. El MCPCB transfiere el calor del LED a la parte posterior de la placa. Todavía necesita un Material de Interfaz Térmica (TIM) para transferir ese calor de la placa al disipador de calor/chasis externo.

7. ¿Puede APTPCB fabricar y ensamblar estas placas? Sí, APTPCB se encarga tanto de la fabricación de la PCB de núcleo metálico como del ensamblaje SMT, asegurando que el perfil térmico coincida perfectamente con las especificaciones de la placa.

8. ¿Cuál es el tiempo de entrega típico para el ensamblaje de MCPCB de LED? Una vez que se adquieren las piezas, el ensamblaje suele tardar entre 24 y 72 horas para los prototipos. El principal factor que influye en el plazo de entrega es generalmente la fabricación de la PCB (3-5 días) y el aprovisionamiento de componentes.

9. ¿Cómo se prueba la conexión térmica? Los rayos X son la prueba no destructiva estándar para verificar la cobertura de la soldadura y los vacíos en la almohadilla térmica. Las pruebas funcionales implican encender el LED y medir el aumento de temperatura con el tiempo.

10. ¿Es mejor un MCPCB de una sola capa o multicapa? La capa única es la mejor para el rendimiento térmico porque la trayectoria del calor es directa. Los MCPCB multicapa introducen capas de aislamiento adicionales que impiden el flujo de calor, por lo que deben evitarse a menos que el enrutamiento lo requiera.

las placas de circuito impreso con núcleo metálico (MCPCB) LED (términos clave)

Término	Definición
MCPCB	Placa de Circuito Impreso con Núcleo Metálico (Metal Core Printed Circuit Board). Una PCB con un material base metálico (generalmente aluminio o cobre) para la disipación del calor.
IMS	Sustrato Metálico Aislado (Insulated Metal Substrate). Otro nombre para la tecnología MCPCB.
Dielectric Layer	La capa eléctricamente aislante pero térmicamente conductora entre el circuito de cobre y la base metálica.
Thermal Conductivity (W/mK)	Una medida de la capacidad de un material para conducir el calor. Cuanto mayor, mejor para los LED.
CTE	Coeficiente de Expansión Térmica (Coefficient of Thermal Expansion). La velocidad a la que un material se expande cuando se calienta. Las desalineaciones causan deformaciones.
Soak Zone	La parte del perfil de reflujo donde la temperatura se mantiene constante (por ejemplo, 150°C) para igualar el calor en todo el ensamblaje.
TAL	Tiempo por encima del liquidus. La duración en que la soldadura permanece fundida durante el reflujo (generalmente 45-75 segundos).
Voiding	Bolsas de aire o gas atrapadas dentro de una unión de soldadura. Un alto nivel de vacíos reduce la transferencia térmica.
Tombstoning	Un defecto donde un componente se levanta por un extremo durante el reflujo debido a fuerzas de humectación desiguales.
SAC305	La aleación de soldadura sin plomo más común (Estaño-Plata-Cobre) utilizada en el ensamblaje SMT.
TIM	Material de Interfaz Térmica. Grasa o almohadillas utilizadas entre la MCPCB y el disipador de calor final.

las placas de circuito impreso con núcleo metálico (MCPCB) LED (revisión Revisión de Diseño para Fabricación (DFM) + precios)

¿Listo para llevar su diseño de LED de alta potencia a producción? APTPCB ofrece revisiones DFM integradas para detectar problemas térmicos y de diseño antes de que comience el ensamblaje.

Qué enviar para una cotización:

• Archivos Gerber: Incluyendo las capas de pasta de soldar y la plantilla.
• BOM (Lista de Materiales): Especifique el número de pieza exacto del LED (crítico para la verificación de la huella).
• Plano de Ensamblaje: Indique la orientación del LED (marcas de cátodo/ánodo).
• Especificaciones: Conductividad dieléctrica deseada (por ejemplo, 2W/mK) y peso del cobre.

las placas de circuito impreso con núcleo metálico (MCPCB) LED

Dominar el ensamblaje y la soldadura por reflujo de LED MCPCB se trata de gestionar la masa térmica de la placa. Ajustando su perfil de reflujo para incluir un tiempo de remojo más prolongado, optimizando las aberturas de la plantilla para reducir los vacíos y controlando las tasas de enfriamiento para evitar la deformación, puede lograr productos de iluminación robustos y de alto rendimiento. Ya sea que esté construyendo faros automotrices o luces de cultivo industriales, seguir estas especificaciones asegura que sus LED funcionen fríos y duren toda su vida útil nominal.

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