メタルコアPCB：設計、材料、高温用途

2021年12月6日

エレクトロニクスの進歩、プロセス自動化、家電・デバイス需要の急増、電気機械デバイスの増加などに伴い、PCB製造の需要はますます高まっています。これらをはじめとするPCBの多くのアプリケーション分野では、PCB材料、基板、層数などに関して異なる要件があります。高温環境に適したPCBが必要な用途では、メタルコアプリント基板が使用されます。メタルコア基板は、FR4やその他のシリコーン・ポリマー材料を基板とする場合と比較して多くのメリットを提供します。メタルコア基板とは、アルミニウムや銅などの導体金属をベース材料とした基板です。この記事では、メタルコアPCBの詳細、メリットなどを解説します。

メタルコアPCBの詳細

これらのメタルコア基板は、サーマルPCB、サーマルクラッドPCB、絶縁金属基板とも呼ばれ、その名の通り熱をコアの両方向および上下すべての層にほぼ均一に拡散させます。これにより、基板と部品を損傷から守ります。これらのPCBは、銅箔、金属プレート、熱絶縁層で構成されます。この他に、ソルダーマスク、回路層、誘電体層、ヒートスプレッダーとなるメタルコア層を備えます。多くの電気部品では過熱が問題となり、通常はケース内の冷却ファンや排気ファンで対処します。しかし、メタルコアPCBでは不要です。熱伝導冷却により、熱が高温領域から低温領域へ均一に伝達されるためです。通常、アルミニウムが最も一般的なコア材料として使用されます。優れた放熱性を持ち、丈夫で軽量です。銅も優れたコア材料ですが、重く高価です。製造面でも、アルミニウムは銅より加工しやすいです。メタルコア基板は通常、以下の3層に分かれます。

• 銅箔層
• 熱伝導性の薄い誘電体層
• 厚い銅またはアルミニウムコア層

通常、メタルPCBではスルーホールではなく表面実装技術（SMT）を使用します。コアが導体金属であるため、スルーホール実装ではショートのリスクがあるためです。特にLEDなどの電気用途では顕著です。

メタルコアPCBのメリット

高温用途では、温度上昇により基板や実装部品の温度が上昇し、特にFR4や類似プラスチック製の場合、放熱が利用可能なヒートシンクに限られるため過熱につながります。これにより機能低下や損傷が生じる可能性があります。そのため、このような用途では金属が熱をヒートシンクへ誘導し、基板と部品の過熱を防ぐメタルコアPCBが使用されます。主なメリットは以下の通りです。

• 金属は熱と電気の良導体であり、より速い熱伝達を実現します。
• メタルコアが基板にエッチングされることで、熱を中心部品と配線から遠ざけます。
• アルミニウムや銅などの金属は耐久性があり、安全で長寿命、鉛のような毒性問題がありません。
• 耐振動性があり、高振動用途で部品の脱落を防ぎます。
• メタルコアは基板により優れた構造的・寸法的安定性と強度を与えます。
• 金属はリサイクル可能で、アルミニウムはほとんどのエポキシやFR4より軽量です。

要求の厳しい高温用途で、PCB実装を装置やシステムの一部として組み込む場合、メタルコアPCBの採用は賢明な判断です。特にLED照明システムのOEMの場合、メタルコアPCBはこの分野で大きな用途があります。ただし、要件を理解し、それに応じてカスタマイズできる信頼性の高い経験豊富なPCBメーカー・サービスプロバイダーと提携することをお勧めします。Creative Hi-Techは、カスタムPCB設計・実装を専門とするよく知られたPCBメーカーおよび実装サービスプロバイダーです。要求の厳しい用途向けにメタルコアPCBを提供しています。

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