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金属芯PCB的结构、设计要点及注意事项

作者:众彩网 来源:本站原创 日期:2020-12-15 08:15 点击: 

  在消费类产品中不是很常见,但是在工业,航空航天,照明系统,电力电子以及其他要求高可靠性的领域中,它们比比皆是。高功率系统会产生大量热量,并且需要迅速清除热量以防止组件故障。同样,低功率系统可能会暴露在高热量下,并且还需要迅速清除热量以防止损坏

  金属芯PCB设计(包括DFM)遵循许多与FR4上的典型PCB相同的基本设计规则。如果要在上述任何一个领域中设计新产品,则可能需要使用金属芯板来控制温度。在本文中,将简要介绍一下金属芯PCB的结构以及在计划使用金属芯PCB设计之前要考虑的一些重要设计要点。这些板载有特殊的制造要求,但是合适的设计公司可以帮助应对这些要求,并确保PCB可以大规模生产。

  金属芯PCB几乎可以在设备运行时产生大量热量的任何应用中找到自己的位置。这些板不是陶瓷的理想替代品,因为它们是一种成本较低的选择,并且它们提供更高的导热率,可从重要部件中去除热量。在为散热能力强的系统寻找电路板时,它们往往是一个起点。金属芯PCB的一些应用包括:

  lLED照明单元:通常在金属芯PCB上制造具有大功率LED的板。这些板可为高功率LED(SMD和通孔)提供坚固的底座,同时将高热量散发到金属芯板中。

  l 电源转换和管理:混合动力汽车,工业设备,基站电信设备和市政配电系统都以高功率运行。在这些领域中,金属芯PCB很常见。

  l 太阳能设备:太阳能设备需要特别坚固,并在高温以及高直流电压/电流下运行。类似的PCB设计可在地热设施中实施。

  l 军用(例如,潜水器,飞机):金属芯PCB可以快速散热,使电子远离可能位于发动机或排气系统等高热源附近的电子设备。

  在许多其他领域,高可靠性和结构刚度也至关重要,这使得金属芯板成为绝佳的选择。一旦开始研究这些板的堆叠和布局要求,如何实际设计它们就变得不那么明显了。可以做多层金属芯板吗?可以双面吗?在制造过程中如何处理过孔?这些都是与金属芯PCB的DFM相关的重要问题。

  与其他PCB一样,如果要确保成功的制造运行,则需要遵循特定DFM准则。金属芯板所采用的工艺与涉及玻璃编织层压板的典型PCB叠层工艺不同,因此它们倾向于采用不同的DFM规则。下图显示了双面金属芯PCB的典型堆叠。

  请注意,该叠层可以从技术上适应为多层板,其中金属芯的每一侧都有多个电介质。或者,您可以使电路板为单面,让金属芯背面暴露。在进行金属芯PCB设计时,以下是需要注意的制造要点:

  PCB上的金属背衬可以像大型接地层或大型散热器一样工作。如果该板需要使用高速/高频电路块,则将背面金属板用作较大的接地层可提供一定的屏蔽。如果在板上使用电源平面,它还可以提供一些平面电容。

  此外,金属芯可用作大型散热器,特别是如果裸露在外。当需要将板安装在高热源附近时,后一个方面非常有用。在这种情况下,将顶侧连接到标准电源时,最好不要将其背面接地。这样可以防止接地回路。这还将直接将热量散发到非常大的散热器中,这有助于降低表面温度。

  孔可以放置在金属芯PCB上,既可以作为安装孔,也可以作为双面板上的标准通孔。如果仅将孔用于在单面板上安装通孔组件,则不应电镀这些孔以防止短路。这是通过在安装孔上钻孔并用不导电的环氧树脂或凝胶填充孔来完成的。然后,将孔堵塞,以便可以在上层进行安装。

  在双面金属芯PCB中,两侧可能都装有某些组件,并且需要在信号层之间放置电镀过孔。由预钻孔→绝缘填料→再钻孔→电镀工艺来形成电镀通孔,因此在制造中会遇到一些困难。此过程会花费额外的时间并导致额外的成本,但它旨在防止通孔短路。在PCB布局中,最好使用防焊盘来表示通孔周围需要填充绝缘填充材料的区域。确保调整过孔防焊垫的尺寸,以便遵循IPC-2221标准。

  DFM在金属芯板PCB设计中的其他方面与标准PCB差别不大,尽管CAD工具并非用于设计这些电路板。电力电子设备前端需要遵循一些小规则,尤其是IPC-2221(爬电和放行规则),以及国防和航空航天的其他标准。

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  X-NUCLEO-NFC06A1 X-NUCLEO-NFC06A1NFC读卡器扩展板基于ST25R3916的STM32和STM8核苷

  NFC读卡器IC:ST25R3916 47毫米x 34英寸毫米,四匝,13.56MHz的电感在PCB和相关联的调谐电路 6个通用的LED ISO 18092的无源和有源引发剂,ISO 18092的被动和主动目标 NFC-A和NFC-F卡模拟 ISO 14443A和ISO14443B ISO 15693 的FeliCa™ 最多1.7 W的输出功率与差天线 在X-细胞核 - NFC06A1 NFC读卡器扩展板是基于ST25R3916设备上。

  X-NUCLEO-NFC05A1 X-NUCLEO-NFC05A1NFC读卡器扩展板基于ST25R3911B的STM32和STM8核苷

  NFC读卡器IC:ST25R3911B 47毫米x 34英寸毫米,四匝,13.56MHz的电感在PCB和相关联的调谐电路 6个通用的LED ISO 18092(NFCIP-1)活性的P2P ISO 14443A和ISO14443B ISO 15693 的FeliCa ™ VHBR 6.8 Mbit / s的AFE和PCD到PICC成帧 3.4 Mbit / s的PICC向PCD成帧 最多1.4 W的输出功率与差天线 的X细胞核 - NFC05A1是基于所述ST25R3911B的NFC读卡器扩展板。

  是一款150 mA超低压差稳压器,可为功耗敏感的应用提供出色的电压精度和干净的输出电压。 NCP140非常适合电池供电的应用,因为它具有非常低的静态电流,在禁用模式下几乎为零电流。该器件具有或不具有输出电容器,并且可以最小化占位面积和BOM。 XDFN4软件包经过优化,适用于空间受限的应用程序。 特性 优势 无盖设计 节省PCB面积和成本 使用任何类型的电容器稳定 简单设计 工作输入电压范围:1.6 V至5.5 V 非常适合电池供电的应用 热关断和限流保护 坚固的设计和高可靠性 +/- 1%典型的Vout准确度 功率敏感设备的精确Vout 提供两个XDFN4软件包 ...

  30是一款700 V高侧和低侧驱动器,具有高驱动能力,适用于AC-DC电源和逆变器。 NCP51530在高工作频率下提供同类最佳的传播延迟,低静态电流和低开关电流。因此,该器件可为高频工作的电源提供高效设计。 NCP51530采用SOIC8和DFN10封装。 特性 优势 高压范围:高达700 V AC / DC设计的设计余量 传播延迟非常快(B版本为25 ns) ) 适合高频操作 匹配传播延迟(最大7 ns) 提高效率允许并联 高达50 V / ns的高dv / dt抗扰度和负瞬态抗扰度 非常稳健的设计 DFN10封装,具有优化的引脚输出 小PCB占位面积,改善的爬电距离和寄生 快速上升和下降时间(最长15 ns) 适合重载 应用 终端产品 半满和满-bridge Converters 有源钳位反激式适配器 电机控制电源 服务器,电信和工业用电源 电动助力转向 太阳能逆变器 电路图、引脚图和封装图...

  6是一款极低压降稳压器,可提供高达1 A的负载电流,并在-40至85°C范围内保持1.0%的出色输出电压精度。工作输入电压范围为1.8 V至5.5 V,使该器件适用于锂离子电池供电的产品以及后调节应用。该产品提供多种固定输出电压选项,其他产品可根据要求提供,范围为1.2 V至3.9 V.NCP186具有完全的过热保护和输出短路保护。启用功能。小型8针DFN8 2 mm x 2 mm封装使该器件特别适用于空间受限的应用。 特性 优势 1.8 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后期调节应用 根据要求提供多种固定输出电压选项和其他选项,范围为1.2 V至3.9 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 90μA 延长电池寿命 极低压差:100 mV典型值。在Iout = 1 A(3.0V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 在-40至85℃温度范围内的±1.0%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电池供电设备 便携...

  00是1 A低压差线性稳压器(LDO)系列,提供高电源纹波抑制(PSRR)和超低输出噪声。该系列LDO采用先进的BiCMOS工艺实现了非常好的电气性能。它是电信设备中使用的噪声敏感模拟RF前端的理想选择。 NCV59800采用3 mm x 3 mmDFN8封装。 特性 优势 2.2 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后期调节应用 低典型静态电流。 60μA 延长电池寿命 极低压差:200 mV典型值。在Iout = 1 A(Vout = 2.5 V) 扩展电池范围 极低噪音,15μVrms/ V通常 适用于噪音敏感的应用程序 可调软启动 限制浪涌电流 线%。负载和温度范围 高输出电压精度 热关断和电流限制保护 保护产品和损坏的系统 使用4.7μF陶瓷输出电容稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电信基础设施 汽车信息娱乐系统 高速I / F(PLL / VCO) 电信设备 网络设备 工业控制 电路图、引脚图和封装图...

  5C是一款单片集成低压差稳压器,输出电流能力为30 mA,采用TSOP-5封装。输出电压精确度在±4.0%以内,最大压差为250 mV,输入电压高达45 V.低静态电流通常在1 mA负载下仅消耗160μA电流。在输出欠压的情况下,电源故障输出被驱动为低电平。该器件非常适用于汽车和所有电池供电的微处理器设备。调节器具有防止电池反接,短路和热过载的条件。 特性 优势 极低压差65 mV(典型值)。 (最大250 mV),20 mA负载电流 在起动过程中以较低的输入电压运行。 电源故障输出 关于稳压器输出欠压,PCB上没有外部上拉电阻的即时信息 保护: 60 V瞬态输入电压反极性和反向偏压保护电流限制热关断 适用于恶劣的汽车环境。 3.3 V,5.0 V,±4%输出电压精度,在整个温度范围内,最高30 mA AEC-Q100 1级合格且PPAP能力 应用 终端产品 汽车通用 汽车 电路图、引脚图和封装图...

  L是一款高性能5 mA低压差(LDO)线性稳压器,提供非常宽的工作输入电压范围,最高工作电压为450 V DC,最大工作电压为700 V DC。它是高输入电压应用的理想选择,如工业和家庭自动化,智能计量,家用电器。 NCP786L提供±5%的输出电压精度,极高的电源抑制比和10μA的超低静态电流。 NCP786L非常适合恶劣的环境条件。 NCP786L提供可调电压调节器,输出电压范围为1.27 V至15 V. SOT-223封装提供可接受的热性能和较小的PCB尺寸。 特性 优势 工作输入电压:高达450 VDC 允许直接交流电源连接 PSRR:60 Hz时70 dB 有效降低输入纹波 静态电流:典型值10μA 大大降低空载功耗 SOT-223软件包 非常适合空间受限的应用程序 应用 终...

  A是一款高性能

  10mA线V DC最大工作输入电压范围。它是工业和家庭自动化等高输入电压应用的理想选择,智能电表,家电。 NCP785A提供±5%的输出电压精度,极高的电源抑制比和典型的超低静态电流。 15μA。 NCP785A非常适合恶劣的环境条件.NCP785A提供固定输出电压:3.3 V,5.0 V,12 V,15 V.SOT-89封装提供良好的散热性能和非常小的PCB尺寸。 特性 优势 工作输入电压:高达450 VDC 允许直接交流电源连接 PSRR:120 Hz时为80 dB 有效降低输入纹波 静态电流:15μA典型值 大大降低空载功耗 SOT89包 非常适合空间受限的应用 应用 终端产品 工业,家庭自动化,白色家电,照明 低功耗MCU应用电源 尺寸更小,无负载高效替代电容式滴管 断路器 烟雾传感器 家用电器 智能电表 电路图、引脚图和封装图...

  NCP4688 LDO稳压器 150 mA 低压差 高PSRR 低噪声

  8是一款CMOS 150mA LDO线性稳压器,具有高输出电压精度,具有低噪声输出电压和高纹波抑制性能。低输出噪声电平10uVrms通常保持在任何输出电压。非常常见的SOT23-5封装和小型uDFN 1x1封装适用于工业应用,便携式通信设备和RF模块。 特性 优势 非常高的80 dB PSRR 非常好的噪音消除装置 非常小的包装1x1mm 非常浓缩的PCB的想法 应用 家用电器,工业设备 有线电视盒,,娱乐系统 汽车音响设备,导航系统 笔记本电脑适配器,液晶电视,无线电话和专用局域网系统 电路图、引脚图和封装图...

  NCP59800 LDO稳压器 1 A 低压差 低Iq 低噪声 带使能

  00是1 A低压差线性稳压器(LDO)系列,提供高电源纹波抑制(PSRR)和超低输出噪声。该系列LDO采用先进的BiCMOS工艺实现了非常好的电气性能。它是电信设备中使用的噪声敏感模拟RF前端的理想选择。 NCP59800采用3 mm x 3 mmDFN8封装。 特性 优势 2.2 V至6.0 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后期调节应用 低典型静态电流。 60μA 延长电池寿命 极低压差:200 mV典型值。在Iout = 1 A(Vout = 2.5 V) 扩展电池范围 极低噪音,15μVrms/ V通常 适用于噪音敏感的应用程序 可调软启动 限制浪涌电流 线%。负载和温度范围 高输出电压精度 热关断和电流限制保护 保护产品和损坏的系统 使用4.7μF陶瓷输出电容稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电信基础设施 音频 高速I / F(PLL / VCO) 电信设备 工业控制 网络设备 电路图、引脚图和封装图...

  4是一款双输出低压差(LDO)线性稳压器,在工作温度范围内具有+/- 2.0%的精度。它具有3.3 V的固定输出电压(适用于其他固定输出电压选项的工厂触点)和可调节输出,范围为1.25 V至5.0 V.它采用5引脚DPAK无铅封装。 NCP5504 LDO线性稳压器提供低噪声工作,无需旁路电容用于固定输出。该器件的纹波抑制为75 dB,250 mA时的压差为250 mV。 NCP5504适用于后调节和功率敏感的电池供电应用。 特性 一个固定输出和一个可调节输出 可调输出电压从1.25 V到5.0 V 低压差250 mV典型值250 mA 低静态电流370μA 75 dB的纹波抑制 温度范围-25°C至+ 85°C 温度2.0%的准确度 热保护和电流限制 应用 视听设备 电池供电的消费类产品 仪器仪表 计算与网络国王申请 电路图、引脚图和封装图...

  是一款超低压降稳压器,可提供高达0.5 A的负载电流,并在25°C时保持0.8%的出色输出电压精度。 1.6 V至5.5 V的工作输入电压范围使该器件适用于锂离子电池供电产品以及后调节应用。该产品提供多种固定输出电压选项,其他产品可根据要求提供,范围为0.7 V至3.6 V.NCP177可完全防止过热和输出短路。启用功能。小型4引脚XDFN4 1.0 mm x 1.0 mm封装使该器件特别适用于空间受限的应用。 特性 优势 1.6 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后期调节应用 根据要求提供多种固定输出电压选项和其他选项,范围为0.7 V至3.6 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 60μA 延长电池寿命 极低压差:200 mV典型值。在Iout = 0.5 A(1.8V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 室温下±0.8%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电池供电设备 便携式通信设备 相机,图像传感器...

  1是一款高效率,宽输入,高输出电流,同步脉冲宽度调制(PWM)降压稳压器,采用2.7 V至18 V电源供电。该器件能够产生低至0.8 V的输出电压.NCP3101可通过内部设置的275 kHz振荡器驱动的MOSFET开关连续输出6 A电流。 40引脚器件提供最佳集成度,以减小电源的尺寸和成本。 NCP3101还集成了外部补偿跨导误差放大器和电容可编程软启动功能。保护功能包括可编程短路保护和欠压锁定(UVLO)。 NCP3101采用40引脚QFN封装。还提供10A版NCP3102。 NCP3101将被NCP3101C替换为每PCN#16498 特性 优势 集成6A开关稳压器 提高功率密度,简化系统级集成 0.8 V +/- 1%内部参考 提高系统级精度 电阻可编程电流限制 优化应用程序的系统保护 275 kHz固定频率操作 效率高(效率

  92%) 6x6 mm QFN封装 减少PCB占位面积和电路板空间需要实施 电容可编程软启动 用于软启动时间可调性的外部电容器 18 mohm内部HS和LS FET 高效运作 2.7 V至18 V电源 宽输入电压范围 应用 终端产品 高功率密度dc-dc 嵌入式...

  NCP6924 6通道电源管理IC(PMIC) 带有2个DC-DC转换器和4个LDO

  4是安森美半导体迷你电源管理IC系列的一部分。它经过优化,可提供电池供电的便携式应用子系统,如相机模块,微处理器或任何外围设备。该器件集成了两个高效1000 mA降压DC-DC转换器,带有DVS(动态电压调节)和四个低压差(LDO)稳压器,采用WLCSP-30 2.46 x 2.06mm封装。 特性 优势 非常小的封装2.46 x 2.06 mm 减少PCB空间 超低静态电流(典型值105 uA) 节省电池寿命 I 2 C可访问的先前启用设备允许在启动系统之前更改设置 提供设计灵活性 两个DC-DC转换器,效率95%,可编程输出电压0.6 V至3.3 V,12.5 mV步进,1000 mA输出电流能力 四个低噪声,低压差稳压器,可编程输出电压1.0 V至3.3 V,50 mV步进,2 x 150 mA和2 x 300mA输出电流能力,50 uVrms典型低输出噪声 应用 终端产品 电池供电的应用电源管理 核心电压低的处理器的电源 相机模块 外围子系统 USB供电设备 智能手机 平板电脑 可穿戴设备 MP3播放器 电路图、引脚图和封装图...

  7是CMOS LDO稳压器,具有500 mA输出电流。输入电压低至1.6 V,输出电压可设置为0.75 V.它提供非常稳定和精确的电压,具有低噪声和高电源抑制比(PSRR),适用于RF应用。 NCV8177适用于为汽车信息娱乐系统和其他功率敏感设备的RF模块供电。由于功耗低,NCV8177具有高效率和低散热性。小型4引脚XDFN4 1.0 mm x 1.0 mm封装使该器件特别适用于空间受限的应用。 特性 优势 1.6 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后期调节应用 根据要求提供多种固定输出电压选项和其他选项,范围为0.7 V至3.6 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 60μA 延长电池寿命 极低压差:200 mV典型值。在Iout = 0.5 A(1.8V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 室温下±0.8%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 灯光 仪器设备 相机,摄像机,Se nsors 相机 摄...

  是一款超低压降稳压器,可提供高达1 A的负载电流,并在-40至85℃范围内保持1.0%的出色输出电压精度。工作输入电压范围为1.8 V至5.5 V,使该器件适用于锂离子电池供电的产品以及后调节应用。该产品提供多种固定输出电压选项,其他产品可根据要求提供,范围为1.2 V至3.9 V.NCP186具有完全的过热保护和输出短路保护。小型8引脚XDFN6 1.2 mm x 1.6 mm封装使该器件成为可能特别适用于空间受限的应用。 特性 优势 1.8 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后期调节应用 多种固定输出电压选项及其他可根据要求提供1.2 V至3.9 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 90μA 延长电池寿命 极低压差:100 mV典型值。在Iout = 1 A(3.0V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 在-40至85℃温度范围内的±1.0%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电池供电设备 便携式通讯设...

  NCP176 LDO稳压器 500 mA 超低压降 高PSRR 带使能

  是一款超低压差稳压器,可提供高达0.5 A的负载电流,并在25°C时保持0.8%的出色输出电压精度。工作输入电压范围为1.4 V至5.5 V,使该器件适用于锂离子电池供电产品以及后调节应用。该产品提供3.3 V固定输出电压选项,其他电压选项可根据要求提供,范围为0.7 V至3.6 V.NCP176具有完全的过热保护和输出短路保护。小型6引脚XDFN6 1.2 mm x 1.2 mm封装使该设备特别适用于空间受限的应用程序。 特性 优势 1.4 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后调节应用 几种固定输出电压可根据要求提供的选项和其他选项范围为0.7 V至3.6 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 60μA 延长电池寿命 极低压降:130 mV典型值。在Iout = 0.5 A(2.5V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 室温下±0.8%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电池供电设备 便携式通信设备 相机,...

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