绝缘金属PCB（IMPCB）或金属包覆PCB（MCPCB）是一种热管理设计，利用一层固体金属来散发PCB上各种组件产生的热量。当金属连接到PCB时，粘合材料可以是导热但电绝缘的（IMPCB或MCPCB），或者在RF/微波电路的情况下，粘合材料可以是导电和导热的。射频设计人员通常使用导热和导电的键合材料的原因是，他们不仅将其用作散热片，还将其用作接地层的一部分。对于这些不同的应用，设计考虑因素是完全不同的。
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本章将重点介绍 IMPCB 设计注意事项，第 4 章将重点介绍射频热管理。我们将专注于设计师应该与他们的 PCB 供应商讨论的事情，以确保可制造性和成功的产品发布。由于选择、选项和决策可能非常复杂，因此尽早参与并与 PCB 制造商就特定设计进行协作以确保获得最具成本效益的解决方案至关重要。
IMPCB 的一些更常见 的应用包括：
功率转换： Thermal-clad 提供多种热性能，与机械紧固件兼容，并且高度可靠
LED：使用热熔覆 PCB 可确保尽可能低的工作温度和最大的亮度、颜色和寿命
光伏能源：为电信、军营、住宅和商业建筑以及电池充电站供电的可再生能源
电机驱动器：热包层电介质选择提供满足操作参数和安全机构测试要求所需的电气隔离
固态继电器：热熔覆层提供非常热效率和机械坚固的基板
汽车：汽车行业使用热熔覆板，因为它们需要在高工作温度下的长期可靠性以及有效空间利用的要求
IMPCB的 好处
- 出色的表面贴装冷却
- 高电气隔离、绝缘和散热
- 低成本
- 强大的热性能
- 电介质的热导率在 0.6–8 W/mK 范围内
- 可制造性（与标准 PCB 处理集成）
热性能解释
需要对许多不同的热特性有透彻的了解，才能针对热条件设计合适的 IMPCB 解决方案，包括热导率、热阻抗和热阻。
导热系数
测量物质导热能力（W/mK）
一种材料属性，意思是只要材料的尺寸变化，它就不会改变，只要它是均匀的。例如，1 cm3 金的导热系数与 100 m3 金的导热系数完全相同
通常使用以下两种测试之一在行业中获得：D-5470 测试或 E-1461 标准 ASTM 测试
D-5470 测试以 Kcm2/W 为单位测量样品的热阻抗，并通过以下关系确定热导率：
热导率 = 热扩散率 * 比热容 * 密度
热 阻抗
- 这与热导率相反。它是对材料抵抗热量流动的能力的衡量，因此从 PCB 的角度来看，我们希望该值较低。热阻抗越低，热量越快流过 PCB 并流向散热片并消散
- 它的值取决于材料的热导率及其厚度；换句话说，这不是一个材质属性，而是一个对象属性，因为改变材质的厚度会改变这个值。但是，改变材料的面积不会改变这个值（只要厚度保持不变）
- 例如，一片层压板的热阻抗与切割一块层压板的热阻抗相同，例如 1 平方厘米。而 1 毫米厚的金片的热阻抗与 2 毫米厚的金片的热阻抗不同
- 这通常使用上述 D-5470 测试获得，并通过以下关系与热导率相关：
热阻抗 = 厚度 / 热导率
热阻
- 热阻（单位为 K/W）与热阻基本相同。不同之处在于它考虑了样品的面积以及厚度和电导率
- 改变材料的厚度或面积都会改变热阻的相关值，如下所示：
热阻=厚度/（导热系数*样品面积）
单面 IMPCB
最 简单 的IMPCB是 一块 铜箔，粘合到导热电介质和金属基板上（图2-1 ）。通常，PCB 供应商可以从多家不同的层压板制造商处购买层压到基底金属上的铜箔。附录B中提供了层压板选择指南。
图 2-1： 单面 IMPCB。
需要考虑的一些关键设计因素包括以下内容。
铜厚
通常范围为 1-6 盎司，最常用的是 1 和 2 盎司。铜越厚，PCB的成本就越高。
导热预浸料
这是这种结构中最重要的元素之一，也是不同供应商的典型区别。这种物质既能将铜电路与主要金属电隔离，又有助于两者之间的热量快速传递。它确保组件产生的热量尽快散发到基底金属（散热器）。预浸料通常是一种有机树脂，带有陶瓷填料以增加导热性。填料类型、尺寸、形状和百分比是决定导热性能的一些因素。常用的陶瓷填料有Al2O3、AlN、BN等。
各种预浸料的性能通过热 导率 (W/mK) 和热阻抗 (Km2/W) 来衡量。 导热 系数越高，传热效果越好，热阻 越低，传热效果越好。然而，同样重要的是要了解与预浸料相关的热传递越好，成本就越高。 因此，关键是不要过度设计。从这个角度来看，FR-4 的导热系数约为 0.2-.4 W/mK，而目前市场上的导热预浸料的范围为 1-7 W/mK。除了热导率之外，电介质的厚度也很关键。通常，电介质的厚度在 2-6 密耳之间，最常见的是 3 密耳的电介质。
贱金属 _
铝是最常用的贱金属。最常见的两种类型是 5052H32 和 6061T6。5052H32 通常比 6061T6 更便宜，而且比 6061T6 更实用。铝的厚度通常在 40–120 密耳之间，但 40 到 60 密耳是最常见的可用厚度。
表 2-1：各种贱金属的 特性。
也有将铜用作贱金属的情况。铜有时用于更好的导热性、机械强度和 CTE 匹配更厚的铜箔。在大多数应用中，铜基板的热优势是微不足道的，因为基底金属的热阻相对于介电层和组件的热阻很小。这是一个更昂贵的解决方案，也更重。各种贱金属的简要比较见表 2-1。
最高工作温度
与您的 PCB 制造商和原材料供应商合作，确保所选材料满足您所需的 MOT。
击穿电压
确保您了解材料电介质会击穿和短路电路的电压。一般来说，电介质越薄，这个值就越低。
面板利用率
IMPCB 层压材料比 FR 材料贵得多。一般来说，0.062” IMPCB 材料可能比 0.062” FR-4 材料贵三倍。因此，了解板/阵列设计如何利用生产面板非常重要。这是另一个与 PCB 供应商早期接触很重要的领域。这些材料上最受欢迎的工作面板尺寸往往是 18 英寸 x 24 英寸。由于许多 PCB 是作为阵列处理的，因此确保阵列设计能够最大限度地利用面板是至关重要的。由于材料的刚性，许多大型 PCB 可以通过组装操作在没有导轨的情况下进行加工。这可以极大地帮助提高面板利用率。
加工/制造
评分是用于正方形或矩形形状的最常见过程。评分的优势在于它有助于最大限度地利用材料，因为零件之间需要零间距才能对它们进行评分。相比之下，布线是最昂贵的过程，因为它速度较慢并且需要零件之间的间距，并且可能会降低材料利用率。确保 PCB 制造商具有专门为铝划线而设计的划线系统。划线机应配备润滑系统。处理铝基金属时，建议使用金刚石涂层的刻痕刀片和铣刀。
阻焊层
有许多用于 LED 照明应用的单面 IMPCB 设计。大多数这些应用都需要白色阻焊层。因此，解决这个问题很重要，因为并非所有的白色阻焊层都是平等的。许多 LED 客户正在寻找其白色阻焊层颜色的一致性。今天的市场上有几种不同的阻焊层，作为 LED 阻焊层销售。
图 2-2：两种不同类型阻焊层的不同颜色。
来源： 电子资料库
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