Высокомощные осветительные приборы в значительной степени зависят от процессов сборки и оплавления LED MCPCB для эффективного управления теплом и обеспечения долговечности компонентов. В отличие от стандартных плат FR4, печатные платы с металлическим сердечником (MCPCB) действуют как массивный теплоотвод, что коренным образом меняет поведение паяльной пасты, распределение тепла во время оплавления и способ обращения с компонентами. Инженеры часто сталкиваются с такими проблемами, как холодные паяные соединения из-за быстрого рассеивания тепла или повреждение линз светодиодов из-за чрезмерного теплового воздействия.

В APTPCB (APTPCB PCB Factory) мы специализируемся на оптимизации этих тепловых профилей для обеспечения надежных соединений между мощными светодиодами и подложками с металлическим основанием. Это руководство охватывает конкретные правила, спецификации и шаги по устранению неполадок, необходимые для освоения сборки и оплавления LED MCPCB.

печатные платы с металлическим сердечником (MCPCB): быстрый ответ (30 секунд)

• Эффект теплоотвода: Металлический сердечник (алюминий или медь) быстро поглощает тепло. Вы должны увеличить зону "выдержки" (soak zone) в вашем профиле оплавления (60–120 секунд), чтобы убедиться, что печатная плата достигает температуры пайки до пика.
• Выбор паяльной пасты: Используйте SAC305 или высоконадежные сплавы. Избегайте низкотемпературных паст для мощных светодиодов, если только это строго не требуется спецификацией компонента, так как рабочие температуры могут повторно расплавить слабые соединения.
• Дизайн трафарета: Для больших термопрокладок под светодиодами используйте апертуру типа "оконная рама" (покрытие 50–70%), чтобы обеспечить дегазацию и предотвратить образование массивных пустот, блокирующих теплопередачу.
• Скорость охлаждения: Не охлаждайте слишком быстро (>3°C/сек). Быстрое охлаждение на металлической основе вызывает термический шок и деформацию из-за несоответствия коэффициента термического расширения (КТР) между диэлектриком, медью и металлической пластиной.
• Защита линз: Силиконовые линзы светодиодов мягкие. Убедитесь, что сопла для установки захватывают корпус компонента, а не линзу, чтобы предотвратить деформацию.
• Проверка: Рентгеновский контроль обязателен для термопрокладки под светодиодом. Образование пустот >25% обычно приводит к отказу в высокомощных приложениях.

печатные платы с металлическим сердечником (MCPCB) (и когда нет)

Понимание того, когда переходить от стандартного FR4 к процессу с металлической основой, критически важно для стоимости и производительности.

Когда использовать сборку LED MCPCB

• Высокая плотность мощности: Приложения >1 Вт на светодиод или массивы высокой плотности (например, автомобильные фары, уличное освещение, освещение стадионов).
• Критичность теплового менеджмента: Когда температуры перехода ($T_j$) приближаются к пределу производителя (обычно 125°C или 150°C) при использовании стандартного FR4.
• Структурная жесткость: Среды, требующие механической стабильности, где печатная плата также служит частью шасси.
• Требования к длительному сроку службы: Промышленное или аэрокосмическое освещение, где ожидается более 50 000 часов работы без снижения светового потока, вызванного перегревом.

Когда НЕ следует использовать (Придерживайтесь FR4)

• Индикаторы низкой мощности: Светодиоды состояния или подсветка дисплея, где ток составляет <20мА.
• Сложная трассировка: MCPCB обычно однослойные. Если вам требуется 4+ слоя сложной трассировки сигналов, стандартная многослойная печатная плата с тепловыми переходными отверстиями часто лучше и дешевле.
• Высокая частота/РЧ: Емкостная связь между медной дорожкой и металлическим сердечником может искажать высокоскоростные сигналы.
• Чувствительные к стоимости потребительские игрушки: Если тепло не выводит устройство из строя, 2-5-кратная надбавка к стоимости MCPCB не оправдана.

печатные платы с металлическим сердечником (MCPCB) (ключевые параметры и ограничения)

Успешная сборка и оплавление LED MCPCB зависит от соблюдения строгих физических и тепловых параметров.

Правило / Параметр	Рекомендуемое значение / Диапазон	Почему это важно	Как проверить	Если проигнорировано
Теплопроводность диэлектрика	1,0 – 3,0 Вт/мК (Стандарт) до 8,0 Вт/мК	Определяет, как быстро тепло перемещается от светодиода к металлическому сердечнику.	Технический паспорт / ASTM D5470	Светодиод перегревается; быстрая деградация светового потока.
Диэлектрическое пробивное напряжение	>3кВ переменного тока (Типично)	Предотвращает искрение между цепью и металлическим шасси.	Испытание высоким напряжением	Короткое замыкание на шасси; угроза безопасности.
Вес медной фольги	1oz – 3oz (35µm – 105µm)	Более толстая медь распределяет тепло латерально, прежде чем оно пойдет вертикально.	Анализ микрошлифа	Горячие точки образуются под кристаллом светодиода.
Сплав паяльной пасты	SAC305 (Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5)	Стандартный бессвинцовый сплав с хорошей усталостной стойкостью.	Рентгенофлуоресцентный анализ	Растрескивание соединений при термоциклировании.
Пиковая температура оплавления	235°C – 245°C	Обеспечивает полное смачивание без повреждения линзы светодиода.	Термопрофилограф	Холодные пайки (слишком низкая) или плавление линзы (слишком высокая).
Время выше ликвидуса (TAL)	45 – 75 секунд	Позволяет припою полностью смочить и флюсу активироваться.	Термопрофилограф	Плохое смачивание или чрезмерный рост интерметаллидов.
Время выдержки при оплавлении (150-200°C)	60 – 120 секунд	Позволяет тяжелому металлическому сердечнику достичь равновесия.	Термопрофилограф	Эффект "надгробия"; образование шариков припоя; холодные пайки.
Процент пустот (термопрокладка)	< 25% (Общий), < 10% (Высокая надежность)	Воздушные зазоры блокируют теплопередачу.	Рентгеновский контроль	Светодиод перегревается, несмотря на хороший материал MCPCB.
Покрытие поверхности	ENIG или OSP	Плоская поверхность для светодиодов с малым шагом; хороший срок хранения.	Визуальный / Рентгенофлуоресцентный	Неравномерная высота паяльной пасты; плохое смачивание.
Толщина трафарета	4mil – 6mil (0.10mm – 0.15mm)	Контролирует объем припоя.	Тензометр / Микрометр	Мостики припоя (слишком толстый) или недостаток припоя (слишком тонкий).
Изгиб/скручивание печатной платы	< 0.75%	Металлический сердечник может деформироваться во время оплавления.	Измеритель плоскостности	Напряжение сборки; трудности с монтажом на радиатор.

печатные платы с металлическим сердечником (MCPCB) (контрольные точки процесса)

Выполнение сборки и оплавления LED MCPCB требует модифицированного технологического процесса SMT.

1. Проверка конструкции на технологичность (DFM)

   • Действие: Убедитесь, что посадочное место светодиода соответствует конструкции трафарета. Убедитесь, что тепловая площадка на печатной плате не больше площадки компонента, чтобы предотвратить плавание/перекос.
   • Проверка: Убедитесь, что толщина диэлектрика и теплопроводность соответствуют требованиям по рассеиванию тепла.
   • Ссылка: Ознакомьтесь с Руководством по DFM для получения информации о специфических ограничениях для металлических сердечников.

2. Нанесение паяльной пасты

   • Действие: Нанесите пасту SAC305. Используйте трафарет с уменьшением апертуры типа "оконное стекло" (покрытие 50–70%) на большой центральной тепловой площадке.
   • Ключевой параметр: Такое сегментирование позволяет летучим флюсовым газам выходить через каналы, уменьшая образование пустот.
   • Проверка: Проверьте высоту и выравнивание пасты с помощью SPI (контроль паяльной пасты).

3. Установка компонентов

   • Действие: Устанавливайте светодиоды с помощью машины для установки компонентов, оснащенной мягкими или специализированными насадками.
   • Ключевой параметр: Сила установки должна быть минимальной, чтобы избежать растрескивания керамической основы или деформации силиконовой линзы.
   • Проверка: Визуальная проверка того, что насадка касается корпуса компонента, а не оптического купола.

4. Профилирование оплавления (Критический шаг)

• Действие: Настроить печь оплавления с профилем, специально предназначенным для высокой тепловой массы.
• Ключевой параметр: Увеличить продолжительность "Зоны выдержки" (Soak Zone). Металлический сердечник отстает от температуры воздуха. Если температура воздуха составляет 250°C, плата может быть только 220°C. Требуется время, чтобы металл достиг нужной температуры.
• Проверка: Прикрепить термопары непосредственно к поверхности MCPCB (а не только к воздушному датчику) для проверки фактической температуры платы.

5. Пайка оплавлением

   • Действие: Пропустить сборку через печь.
   • Ключевой параметр: Пиковая температура должна поддерживаться достаточно долго для смачивания, но достаточно коротко, чтобы предотвратить пожелтение линзы (обычно <260°C абсолютный максимум).
   • Проверка: Убедиться, что скорость конвейера позволяет увеличить время выдержки.

6. Охлаждение

   • Действие: Охладить сборку до комнатной температуры.
   • Ключевой параметр: Контролируемая скорость охлаждения (<3°C/сек). Алюминий сжимается быстрее, чем медь/припой. Быстрое охлаждение фиксирует напряжения, что приводит к деформации плат или трещинам в соединениях.
   • Проверка: Визуальный контроль плоскостности платы сразу после выхода.

7. Оптический и рентгеновский контроль

   • Действие: Выполнить AOI для проверки наличия и полярности компонентов. Выполнить рентгеновский контроль для тепловой площадки.
   • Ключевой параметр: Убедиться, что пустотность ниже указанного предела (например, <25%).
   • Проверка: Пройдено/Не пройдено на основе процента пустот и качества паяного шва.

8. Разделение панелей и обращение

   • Действие: Разделить платы, если они находятся в панели.

• Ключевой параметр: Используйте V-образные разделители или пробивные инструменты, предназначенные для металла. Не ломайте вручную, так как изгибающее напряжение вызывает трещины в керамических светодиодах.
• Проверка: Осмотрите края на наличие заусенцев, которые могут нарушить электрическую изоляцию.

печатные платы с металлическим сердечником (MCPCB) (режимы отказа и исправления)

Когда сборка и оплавление LED MCPCB идут не так, симптомы обычно носят термический или механический характер.

1. Эффект "надгробия" или перекос светодиода

• Симптом: Светодиод встает на один конец или поворачивается относительно контактных площадок.
• Причина: Неравномерный нагрев. Металлическое основание действует как теплоотвод. Если одна контактная площадка соединена с большой медной плоскостью, а другая нет, припой плавится в разное время.
• Решение: Используйте термические разгрузочные соединения на контактных площадках (если позволяет электрическая схема) или отрегулируйте время выдержки при оплавлении для выравнивания температур по всей плате.

2. Высокое образование пустот в тепловой площадке

• Симптом: Рентген показывает большие пузырьки воздуха (>30%) под светодиодом.
• Причина: Летучие вещества флюса, запертые под большим компонентом; слишком большая апертура трафарета (100% покрытие).
• Решение: Измените дизайн трафарета на шаблон в виде оконной рамы (4 меньших квадрата вместо 1 большого квадрата). Это создает каналы для выхода газа.

3. Холодные паяные соединения

• Симптом: Тусклый, зернистый припой; высокое электрическое сопротивление; прерывистая работа светодиода.
• Причина: Металлическое основание слишком быстро отводило тепло; профиль оплавления не учитывал тепловую массу.
• Исправление: Увеличьте время выдержки и, возможно, пиковую температуру. Убедитесь, что печь имеет достаточную конвекционную энергию.

4. Деформация / Изменение цвета линзы светодиода

• Симптом: Силиконовый купол смят или пожелтел.
• Причина: Слишком высокая температура оплавления, или сопло установщика надавило на линзу.
• Исправление: Проверьте технический паспорт светодиода на максимальную температуру (часто 260°C в течение 10 с). Переключитесь на сопло, которое захватывает боковые стороны светодиода.

5. Пробой диэлектрика (отказ Hi-Pot)

• Симптом: Короткое замыкание между медной цепью и алюминиевым основанием.
• Причина: Заусенцы от сверления или фрезерования проникли в диэлектрический слой; или диэлектрический слой слишком тонкий для данного напряжения.
• Исправление: Улучшите обработку краев (удаление заусенцев) и убедитесь, что характеристики печатной платы с металлическим сердечником соответствуют требуемому напряжению изоляции (например, 3 кВ).

6. Деформация печатной платы

• Симптом: Плата изогнута; не лежит ровно на радиаторе.
• Причина: Несоответствие КТР при быстром охлаждении или нагреве.
• Исправление: Замедлите скорость охлаждения. Убедитесь, что толщина алюминия/меди сбалансирована с диэлектрическим напряжением.

печатные платы с металлическим сердечником (MCPCB) (Как выбрать материалы)

Успех сборки начинается с выбора сырья.

Алюминиевый против медного сердечника

• Алюминий: Стандарт для 90% светодиодных применений. Хорошая теплопроводность (~200 Вт/мК для металла, хотя система ограничена диэлектриком). Дешевле и легче.
• Медь: Используется для экстремальной плотности мощности. Медь имеет проводимость ~390 Вт/мК. Она быстрее рассеивает тепло, но тяжелее и значительно дороже. Используйте только в том случае, если алюминий не проходит термическое моделирование.

Толщина диэлектрического слоя

• Тоньше (например, 75 мкм): Лучшая теплопередача (меньшее термическое сопротивление), но меньшая защита от пробоя напряжения.
• Толще (например, 150 мкм): Лучшая электрическая изоляция (более высокий рейтинг Hi-Pot), но более высокое термическое сопротивление.
• Решение: Если ваш светодиод работает при низком напряжении (12В/24В), отдайте предпочтение более тонкому диэлектрику для лучшего охлаждения. Если питание осуществляется от сетевого напряжения (110В/220В) на плате, вам потребуется более толстая изоляция.

печатные платы с металлическим сердечником (MCPCB) (Проверка конструкции на технологичность (DFM), структура слоев, AOI-контроль, рентгеновский контроль)

1. Почему мой LED MCPCB требует другого профиля оплавления, чем FR4? Металлический сердечник поглощает тепло гораздо быстрее, чем стекловолокно FR4. Стандартный профиль приведет к тому, что плата будет слишком холодной при достижении пиковой зоны, что вызовет холодные паяные соединения. Вы должны увеличить время выдержки, чтобы металл нагрелся.

2. Могу ли я переработать или отремонтировать светодиод на MCPCB? Да, но это сложно. Стандартный паяльник не подойдет, потому что плата отводит тепло. Вам нужна нагревательная плита (предварительный нагреватель), установленная на ~100-150°C, чтобы поднять базовую температуру платы перед использованием термофена или паяльника.

3. Какое покрытие поверхности лучше всего подходит для светодиодных MCPCB? Лучше всего подходят ENIG (химическое никелирование с иммерсионным золотом) или OSP (органический консервант паяемости). HASL часто слишком неровный для светодиодов с малым шагом и может привести к наклону компонента, влияя на оптический угол луча.

4. Как уменьшить пустоты в термопрокладке? Используйте трафарет с окнами (покрытие 50-70%) вместо нанесения пасты на 100% площадки. Это позволяет газам флюса выходить наружу.

5. Какова максимальная температура для оплавления светодиодов? Большинство мощных светодиодов рассчитаны на пиковую температуру 260°C в течение максимум 10 секунд. Превышение этого значения может повредить силиконовую линзу или внутренние проволочные соединения.

6. Следует ли использовать термопасту или термопрокладку под MCPCB? Да. MCPCB отводит тепло от светодиода к задней стороне платы. Вам все еще нужен термоинтерфейсный материал (ТИМ) для передачи этого тепла от платы к внешнему радиатору/корпусу.

7. Может ли APTPCB производить и собирать эти платы? Да, APTPCB занимается как изготовлением печатных плат с металлическим основанием, так и SMT-монтажом, обеспечивая идеальное соответствие теплового профиля спецификациям платы.

8. Каков типичный срок изготовления для сборки светодиодных MCPCB? После закупки деталей сборка прототипов обычно занимает 24–72 часа. Основным фактором, влияющим на сроки выполнения заказа, является обычно изготовление печатных плат (3–5 дней) и поиск компонентов.

9. Как вы тестируете тепловое соединение? Рентген является стандартным неразрушающим методом контроля для проверки покрытия припоя и наличия пустот на тепловой площадке. Функциональное тестирование включает в себя запуск светодиода и измерение повышения температуры с течением времени.

10. Что лучше: однослойная или многослойная MCPCB? Однослойная плата лучше всего подходит для тепловых характеристик, поскольку путь отвода тепла прямой. Многослойные MCPCB вводят дополнительные изоляционные слои, которые препятствуют тепловому потоку, поэтому их следует избегать, если только это не требуется для трассировки.

печатные платы с металлическим сердечником (MCPCB) для светодиодов (ключевые термины)

Термин	Определение
MCPCB	Печатная плата с металлическим основанием (Metal Core Printed Circuit Board). Печатная плата с базовым металлическим материалом (обычно алюминием или медью) для рассеивания тепла.
IMS	Изолированный металлический субстрат (Insulated Metal Substrate). Другое название технологии MCPCB.
Dielectric Layer	Электрически изолирующий, но термически проводящий слой между медной схемой и металлическим основанием.
Thermal Conductivity (W/mK)	Мера способности материала проводить тепло. Чем выше, тем лучше для светодиодов.
CTE	Коэффициент теплового расширения (Coefficient of Thermal Expansion). Скорость, с которой материал расширяется при нагревании. Несоответствия вызывают деформацию.
Soak Zone	Часть профиля оплавления, где температура поддерживается постоянной (например, 150°C) для выравнивания тепла по всей сборке.
TAL	Время выше ликвидуса. Продолжительность, в течение которой припой остается расплавленным во время оплавления (обычно 45-75 секунд).
Voiding	Воздушные или газовые карманы, застрявшие внутри паяного соединения. Высокая пористость снижает теплопередачу.
Tombstoning	Дефект, при котором компонент встает на один конец во время оплавления из-за неравномерных сил смачивания.
SAC305	Наиболее распространенный бессвинцовый припой (олово-серебро-медь), используемый в SMT-монтаже.
TIM	Термоинтерфейсный материал. Термопаста или прокладки, используемые между MCPCB и конечным радиатором.

печатные платы с металлическим сердечником (MCPCB) (анализ Проверка конструкции на технологичность (DFM) + ценообразование)

Готовы запустить производство вашего мощного светодиодного дизайна? APTPCB предоставляет интегрированные DFM-обзоры для выявления тепловых проблем и проблем с компоновкой до начала сборки.

Что отправить для получения коммерческого предложения:

• Файлы Gerber: Включая слои паяльной пасты и трафарета.
• BOM (Спецификация материалов): Укажите точный номер детали светодиода (критично для проверки посадочного места).
• Монтажный чертеж: Укажите ориентацию светодиода (метки катода/анода).
• Характеристики: Желаемая диэлектрическая проводимость (например, 2 Вт/мК) и вес меди.

печатные платы с металлическим сердечником (MCPCB)

Освоение сборки и оплавления LED MCPCB связано с управлением тепловой массой платы. Регулируя профиль оплавления, чтобы включить более длительное время выдержки, оптимизируя апертуры трафарета для уменьшения пустот и контролируя скорости охлаждения для предотвращения деформации, вы можете получить надежные, высокопроизводительные осветительные приборы. Независимо от того, создаете ли вы автомобильные фары или промышленные светильники для растений, соблюдение этих спецификаций гарантирует, что ваши светодиоды будут работать при низкой температуре и прослужат весь свой номинальный срок службы.

Related links

• многослойная печатная плата
• Руководством по DFM
• печатной платы с металлическим сердечником
• SMT-монтажом