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MCPCB-KERN
ISO-zertifizierter Hersteller

Aluminium-Leiterplatte / Metallkern-Leiterplatte (MCPCB)

Aluminium- und Metallkern-Leiterplatten (MCPCB) vom Hersteller PCBark

Wenn Wärme nicht abgeführt werden kann, fallen Hochleistungs-LEDs, Kfz-Treiber und Schaltnetzteile vorzeitig aus. PCBark fertigt Aluminium- und Metallkern-Leiterplatten, die diese Wärme ableiten – von einseitigen LED-Leiterplatten bis zu hybriden Metallkern-Aufbauten mit 6 Lagen und bis zu 5,0 W/m·K.

6

Maximale Lagenzahl (Al/Cu-Hybridkern)

5.0

Maximale Wärmeleitfähigkeit (W/m·K)

Angebot anfordern (RFQ)
1/4
Aluminium-Metallkern-Leiterplatte 1
WÄRMELEITFÄHIGKEIT: 5,0 W/m·K STATUS: OPTIMAL
Aluminium-Metallkern-Leiterplatte 2
LAGEN: MAX. 6 STATUS: OPTIMAL
Aluminium-Metallkern-Leiterplatte 3
KUPFERGEWICHT: 6 OZ STATUS: OPTIMAL
Aluminium-Metallkern-Leiterplatte 4
LEITERBAHN/-ABSTAND: 0,075 MM STATUS: OPTIMAL
6 oz

Maximales Kupfergewicht

0,075 mm

Mindestbreite der Leiterbahn / Mindestabstand

500.000 m²

Jährliche Produktionskapazität

16+ Jahre

Erfahrung mit schlüsselfertigen EMS-Leistungen

Warum Wärme Elektronik zerstört und wie Aluminium-Leiterplatten das verhindern

Was eine Aluminium-Leiterplatte wirklich ist …

Eine Aluminium-Leiterplatte ist eine Leiterplatte auf einem Metallkern – meist aus Aluminium, manchmal aus Kupfer –, der über ein dünnes, wärmeleitendes Dielektrikum mit der Kupferschaltungslage verbunden ist. Dafür gibt es nur einen Grund. Jedes Watt, das ein Bauteil als Wärme abgibt, muss aus der Leiterplatte abgeführt werden, bevor seine Sperrschichttemperatur den Höchstwert überschreitet. Auf herkömmlichem FR-4 gelingt das nicht. (Hintergrund: IEEE-Fachliteratur zum Wärmemanagement)

Hier scheitern viele Designs.

Eine 3-W-Leistungs-LED oder ein MOSFET-Treiber sitzt auf FR-4, dessen Laminat Wärme nur mit etwa 0,25 W/mK ableitet. Die Wärme kann nicht entweichen und staut sich deshalb im Chip. Dadurch steigt seine Temperatur, während Ausgangsstrom, Lichtleistung und Lebensdauer sinken – wie auch bei Elektrolytkondensatoren und Halbleitern Lebensdauer und Spannungswerte beeinträchtigt werden. Entwicklungsteams bekämpfen den Temperaturanstieg mit Kühlkörpern, Lüftern und thermischen Durchkontaktierungen – und erhöhen damit Komplexität, Gewicht und Ausfallrisiko.

Eine Metallkern-Leiterplatte beseitigt den Engpass, statt ihn nur zu umgehen.

Texas Instruments verglich dieselbe LED-Last auf FR-4 (FR4) mit einer Leiterplatte mit isoliertem Metallsubstrat (IMS): Der Wärmewiderstand sank von 61,56 °C/W auf 39,1 °C/W, und die Sperrschichttemperatur der FR-4-Leiterplatte lag im Durchschnitt 45 % höher. Eine niedrigere Sperrschichttemperatur bedeutet längere Lebensdauer, höheren Betriebsstrom und eine einfachere Leiterplatte mit weniger Anbauteilen. Das ist der gesamte Grund für Aluminium- und Metallkern-Leiterplatten – und die Arbeit, die PCBark seit 16 Jahren leistet.

Die 4 Lagen für eine wirksame Wärmeableitung

Dass eine Aluminium-Leiterplatte Wärme abführt, die eine FR4-Leiterplatte einschließt, liegt an ihrem Lagenaufbau. Anders als eine herkömmliche Leiterplatte auf Glasgewebe besteht eine Aluminium-Leiterplatte aus 4 Lagen, von denen jede eine Aufgabe im Wärmeleitpfad übernimmt:

01

Schaltungslage aus Kupferfolie

die strukturierte Kupferfolie, die Ihre Schaltung bildet, üblicherweise mit 1–6 oz Kupfergewicht. Wie bei jeder Leiterplatte bestimmt hier die Kupferdicke die Stromtragfähigkeit.

02

Wärmeleitende Dielektrikumslage (Isolierung)

ein dünnes, keramisch gefülltes Polymer, das elektrisch isoliert und zugleich Wärme mit 1,0–5,0 W/m·K nach unten leitet. Diese Lage unterscheidet eine gute Metallkern-Leiterplatte von einer mittelmäßigen.

03

Aluminiumbasis (Substrat)

das Aluminiumsubstrat, meist aus einer 5052- oder 6061-Legierung, das als integrierter Wärmeverteiler und tragendes Basismaterial der Leiterplatte dient.

04

Rückseite / Oberflächenfinish

Oberflächenbehandlung und optionales Finish der Basisseite, die das Aluminiumsubstrat bei der Bestückung und im Betrieb schützen.

PCBark: Fertigungsmöglichkeiten für Aluminium- und Metallkern-Leiterplatten (Standard → Maximum)

Die meisten Herstellerseiten nennen für Aluminium-Leiterplatten nur eine Spalte mit „typischen“ Spezifikationen; ob Ihr Entwurf am Rand des Machbaren liegt, bleibt offen. Wir veröffentlichen 3. Die nachstehende 3-stufige Übersicht zeigt unseren Standardfertigungsbereich, den erweiterten Bereich für anspruchsvolle Wärmeableitung und die von uns qualifizierten Höchstwerte. So können Ingenieure eine Leiterplatte dem passenden Bereich zuordnen, bevor sie auch nur eine Gerber-Datei senden.

PCBark-Übersicht der Fertigungsmöglichkeiten für Aluminium- und Metallkern-Leiterplatten
DFM-PRÜFUNG // BESTANDEN

Der Großteil dieser Tabelle ist, ehrlich gesagt, mit Übertreibungen gefüllt – bis auf 2 Zahlen. Die maximale Wärmeleitfähigkeit des Dielektrikums von 5,0 W/mK liegt am oberen Rand dessen, was wärmeleitende Laminate in der Produktion erreichen. Unabhängige Patentanmeldungen für IMS-Dielektrika, darunter U.S. Patent No. 9.551.082 B2, beschreiben keramische Dielektrikumslagen mit über 5 WmK und einer Durchschlagfestigkeit von mehr als 50 kVmm; daran erkennen Sie, dass es sich um eine harte Materialgrenze und nicht um Marketing handelt. Das Maximum von 6 Lagen macht einen großen Unterschied, weil die meisten Hersteller von Aluminium-Leiterplatten nicht über 1 oder 2 Lagen hinausgehen; mit einer Multilayer-Leiterplatte mit Metallkern können Sie die gesamte Leistungs- und Steuerlogik auf einer einzigen Leiterplatte mit Wärmemanagement unterbringen. (Obergrenze des Dielektrikums anhand von USPTO US 9.551.082 B2 überprüft)

Parameter Standardfertigung Erweiterte Fertigung Maximale Fertigungsmöglichkeiten
Produkttyp Einseitige und doppelseitige Aluminium-Leiterplatte Aluminium-Leiterplatte für LEDs und Leistungselektronik mit hoher Wärmeleitfähigkeit Multilayer-Leiterplatte mit Aluminium- oder Kupferbasis oder Hybrid-Metallkern
Lagen 1–2 1–4 6
Leiterplattendicke 1,0–2,0 mm 0,8–3,0 mm 0,6–5,0 mm
Dicke der Aluminiumbasis 0,8–1,5 mm 0,6–3,0 mm 5,0 mm
Kupfergewicht 1–2 oz 1–4 oz 6 oz
Wärmeleitfähigkeit 1,0–2,0 W/m·K 2,0–3,0 W/m·K 5,0 W/m·K
Mindestbreite der Leiterbahn / Mindestabstand 0,15 / 0,15 mm 0,10 / 0,10 mm 0,075 / 0,075 mm
Kleinster Bohrungsdurchmesser 0,30 mm 0,20 mm 0,15 mm
Kupferdicke in der Bohrung ≥20 µm ≥25 µm ≥35 µm
Oberflächenfinish HASL-LF, OSP, ENIG ENIG, HASL-LF, OSP ENIG, chemisch Silber, chemisch Zinn
Lötstoppmaske Weiß, Schwarz, Grün Weiß, Schwarz, Mattschwarz, Blau Individuelle Farben
Konturbearbeitung CNC-Fräsen, V-Nut CNC-Fräsen, V-Nut, Stanzen Unregelmäßige und komplexe Konturen
Maximale Leiterplattengröße 400 × 500 mm (bis zu 1500 × 400) 500 × 600 mm 600 × 1200 mm
Spannungsfestigkeit 1–2 KV 2–4 KV 6 KV
Anwendungen LED-Beleuchtung, Leistungsmodule Kfz-Beleuchtung, Industriesteuerungen, Leistungselektronik Hochleistungsmodule für das Wärmemanagement, Anlagen für neue Energien

Aluminium-Leiterplatte, FR-4 und Kupferkern im Leistungsvergleich

Was zunächst überrascht: Eine höhere Wärmeleitfähigkeit des Basismetalls macht die Leiterplatte nicht automatisch kühler.

Kupfer leitet Wärme mit ~386 W/m·K und Aluminium mit 138–167 W/m·K. Der eigentliche thermische Engpass ist jedoch die dünne Dielektrikumslage zwischen Kupferschaltung und Metallbasis: Sie erreicht nur 1–8 W/m·K und bestimmt den Gesamtwärmewiderstand. Eine Leiterplatte allein nach dem Basismetall auszuwählen, ist der häufigste Fehler, den wir bei eingehenden Designs sehen.

Deshalb sollten Sie den gesamten Lagenaufbau anhand des Wärmewiderstands zwischen Bauteil und Kühlkörper vergleichen, statt nur Aluminium und Kupfer gegenüberzustellen. Wie der folgende Vergleich von Aluminium, FR-4 und Kupferkern anhand von 8 Kennwerten zeigt, werden dafür gemessene und veröffentlichte Werte verwendet, nicht bloß Einstufungen wie Hoch/Mittel/Niedrig. (Grundlage zum Metallkern-Dielektrikum: USPTO US 9.265.160 B2)

Kennwert FR-4 (Standard) Aluminium-MCPCB MCPCB mit Kupferkern
Wärmeleitfähigkeit von Laminat / Dielektrikum 0,25 W/m·K 1,0–5,0 W/m·K (Dielektrikum) 1,0–5,0 W/m·K (Dielektrikum)
Wärmeleitfähigkeit der Metallbasis — 138–167 W/m·K (5052 / 6061) ~386 W/m·K (C110)
Wärmewiderstand RθJA (TI-LED-Test) 61,56 °C/W 39,1 °C/W noch niedriger
Wärmeübertragung gegenüber FR-4 1× Referenzwert ~8–9× schneller am höchsten
Relative Kosten der unbestückten Leiterplatte 1× 2–4× 4–8×
Temperaturbeständigkeit des Basismaterials Tg 130–140 °C bis zu ~400 °C bis zu ~400 °C
Flexibilität bei der Lagenzahl 1–20+ (Multilayer-Leiterplatte) 1–6 Lagen typischerweise 1–2
Am besten geeignet für allgemeine Logik- und Signalschaltungen LEDs, Leistungselektronik und Wärmemanagement im Automobilbereich extreme Hochleistungsanwendungen, HF
Vergleich von Aluminium-Leiterplatte, FR-4 und Kupferkern

Technischer Hinweis zur Tabelle

Für die meisten Signal- und Logikleiterplatten ist FR-4 die bewährte Wahl.

Wenn sich die Sperrschichttemperatur nur durch die Wärmeableitung am Bauteil begrenzen lässt – und es um nichts anderes geht –, kostet eine Metallkern-Leiterplatte 2- bis 4-mal so viel, ist ihren Preis aber wert, etwa bei LED- und Leistungsanwendungen, wenn sich die thevezane-Lücke mit Kupfer nicht überbrücken lässt, zumindest nicht bei einem Dielektrikum mit einer Wärmeleitfähigkeit von 2,0-3,0 W/mK in einer Aluminium-MCPCB und innerhalb vertretbarer Kosten, während ein Kupferkern statt Aluminium angesichts des verbleibenden Nutzens für die Wärmeableitung auf extrem seltene Anwendungsfälle wie HF-Leistungsverstärker mit übermäßig hoher Stromdichte beschränkt bliebe.

8–9×

schnellere Wärmeübertragung als bei einer vergleichbaren FR-4-Leiterplatte, wodurch Entwicklungsteams bei Hochleistungs-LED-Designs auf zusätzliche Kühlkörper verzichten konnten; veröffentlichte Branchenbeispiele berichten von Einsparungen bei den Bestückungskosten von bis zu 58 %.

Quellen: Verhältnis der Wärmeübertragung nach SF Circuits / Power Electronics News; Kostenbeispiel nach SMT Magazine (Saturn Electronics, 2012). Die Zahlen sind Branchenreferenzen, keine Garantie von PCBark.

Leiterplattentypen und Auswahl: einseitig/doppelseitig, Multilayer, Kupferkern und IMS

Die richtige Metallkern-Leiterplatte erfüllt Ihre Anforderungen an Wärmebelastung, Lagenzahl und Kosten. Fehler bei der Auswahl wirken sich in beide Richtungen aus: Eine überdimensionierte Kupferkern-Leiterplatte für eine einfache LED-Reihe kostet das 4- bis 8-Fache einer Leiterplatte ohne zusätzlichen Nutzen; eine zu schwach ausgelegte Lösung kann teuer werden, weil sich die Wärme im Chip staut und das Bauteil bis zum vorzeitigen Ausfall belastet.

Dieser Zielkonflikt entsteht, weil Wärmeleitfähigkeit des Dielektrikums und Kupferdicke zur abzuführenden Verlustleistung passen müssen – unabhängig davon, was auf dem Etikett steht.

Da wir alle 5 nachstehenden Typen auf unserer eigenen Fertigungslinie für einseitige bis 6-lagige Multilayer-Leiterplatten herstellen, entscheiden allein die Spezifikationen über die Auswahl; Sie müssen keinen Anbieter suchen, der den gewünschten Leiterplattentyp überhaupt vorrätig hat. Anders als reine Leiterplattenhersteller, die Ihnen womöglich ihre Lagerware nahelegen, bewerten wir bei PCBark die Eignung im Rahmen der DFM-Analyse.

So wählen Sie eine Metallkern-Leiterplatte anhand von 5 Kriterien aus:

Wärmebelastung, Lagenzahl und Leiterbahndichte, Betriebsumgebung, Produktionsmenge und Kostenziel

Unsere Auswahlmatrix

Die folgende Auswahlmatrix zeigt, wofür sich die einzelnen Leiterplattentypen am besten eignen – bis an die Grenzen des Machbaren, sowohl bei Metallkern-Leiterplatten als auch bei hybriden metallbeschichteten Leiterplatten.

Leiterplattentyp Lagen Wärmeleitfähigkeit des Dielektrikums. Am besten geeignet für
Einseitige Aluminium-Leiterplatte 1 1,0–2,0 W/m·K LED-Streifen, Leuchtmittel, kostengünstige Beleuchtung
Doppelseitige Aluminium-Leiterplatte 2 2,0–3,0 W/m·K Leistungsmodule, dichter bestückte LED-Arrays
Aluminium-Multilayer-Leiterplatte bis zu 6 bis zu 5,0 W/m·K Kombinierte Leistungs- und Steuerelektronik
MCPCB mit Kupferkern 1–2 Dielektrikum + Basis mit ~386 W/m·K Extrem hohe Leistungen, HF-Verstärker
IMS (isoliertes Metallsubstrat) 1–2 1–5 W/m·K Kfz-Anwendungen, Treiber mit hohen Zuverlässigkeitsanforderungen
(IMS-Aufbau gemäß USPTO US 9.551.082 B2)
Dekoration

Einseitige und doppelseitige Aluminium-Leiterplatte

Der einseitige Metallkern. Das Arbeitspferd für LED-Beleuchtung. Eine einzelne Kupferlage über unserem Aluminium-Dielektrikum und der Grundplatte leitet die Wärme von den LEDs nach unten ab, sodass sie sich im Kupfer verteilen und über die Leiterplatte abgegeben werden kann. Eine zweite Lage auf der Rückseite für die Leistungsbauteile verdoppelt die Möglichkeiten zur Leiterbahnführung bei höheren Anforderungen an die Verbindungsdichte, ohne vom Wärmepfad durch den Metallkern abzuweichen.

1–2 Lagen · 1,0–3,0 W/m·K · 1–4 oz Cu · flexible Mindestbestellmenge ab Prototyp
Technischer Aufbau einer einseitigen und doppelseitigen Aluminium-Leiterplatte
Dekoration

Multilayer-Leiterplatte mit Kupferbasis / Hybrid-Metallkern

Der mehrlagige Metallkern. Er ist für bis zu 6 leitende Lagen auf einer Leiterplatte ausgelegt, damit Sie Steuerlogik und weitere Bauteile auf demselben Metallkern mit Wärmemanagement unterbringen können. Er ist als Vollkupfer- und Hybrid-Metallkern in einem stetig wachsenden Sortiment erhältlich, das die Wärmeübertragung maximiert und anspruchsvollste HF-Leistungsdesigns sowie Hochstromanwendungen mit Bauteilen ermöglicht – mit einem Dielektrikum der Maximalstufe von 5,0 W/mK und Kupferlagen mit bis zu 6 oz.

bis zu 6 Lagen · bis zu 5,0 W/m·K · bis zu 6 oz Cu · max. 600 × 1200 mm
Lagenaufbau einer Multilayer-Leiterplatte mit Kupferbasis und Hybrid-Metallkern

Anwendungen: LED-Beleuchtung, Automobiltechnik, Leistungselektronik und neue Energien

Der schichtweise Aufbau von Metallkern- und Aluminium-Leiterplatten. Diese Leiterplatten werden immer dann notwendig, wenn die Wärmeentwicklung eines Bauteils der wichtigste Leistungsengpass ist. Wie die Übersicht der thermischen Anwendungen von LEDs bis zur Automobiltechnik zeigt, bestimmen Ihre konkreten Wärme- und Zuverlässigkeitsanforderungen, welche Produktstufe Sie benötigen. (Hintergrund zur LED-Lichtausbeute: U.S. DOE Solid-State Lighting)

MCPCB für LED-Beleuchtung

LED-Beleuchtung (Straßen-, Flutlicht-, Hallenbeleuchtung und Leuchtmittel)

Warum Metallkern: Die Kontrolle der Sperrschichttemperatur erhält den Lichtstrom länger und verlängert die Lebensdauer

Typische PCBark-Stufe: Standard, einseitig/doppelseitig, 1,0–2,0 W/m·K

MCPCB für Kfz-Beleuchtung

Kfz-Beleuchtung und Treiber

Warum Metallkern: Hohe Umgebungstemperatur + Vibration + hohe Anforderungen an die langfristige Zuverlässigkeit

Typische PCBark-Stufe: Erweitert, IMS, 2,0–3,0 W/m·K, Verfahren nach IATF-Standard

MCPCB für Leistungselektronik

Leistungselektronik (Wandler, Netzteile, Motorsteuerungen)

Warum Metallkern: Hohe Stromdichte und Wärmeentwicklung beim Schalten

Typische PCBark-Stufe: Erweitert / Maximum, Dickkupfer, Multilayer-Leiterplatte

MCPCB für neue Energien

Module für neue Energien und hohe Leistungen

Warum Metallkern: Dauerhafte Wärmebelastung nahe den Materialgrenzen

Typische PCBark-Stufe: Maximum, Kupferbasis / Hybridkern, 5,0 W/m·K

Hinweis für Einkäufer: Geben Sie die Wärmebelastung an, nicht nur den Leiterplattentyp

Für ein belastbares Angebot und eine passende Leiterplatte sollten Sie die Verlustleistung je Bauteil und die maximale Umgebungstemperatur angeben – nicht nur „Aluminium-Leiterplatte“. Anhand dieser 2 Werte kann unser DFM-Team die passende Wärmeleitfähigkeit des Dielektrikums und die Dicke des Basismaterials wählen, ohne Ihnen einen Kupferkern zu berechnen, den Sie weder brauchen noch wollen.

Weil sie bei so vielen Anwendungen Wärmeleistung und Kosten gut vereinen, sind LEDs weiterhin unser größtes einzelnes Anwendungsgebiet. Die Physik ist eindeutig: Kühlere LEDs behalten ihre Helligkeit länger, oder Entwickler können sie bei gleichem thermischem Budget stärker betreiben. Im Automobilbereich – besonders im Motorraum und bei Scheinwerfern, wo die dauerhaft hohe Umgebungstemperatur FR-4 zu einer riskanten Wahl macht – ist die Metallbasis der einzige zuverlässige Weg, die Wärme des Treibers über einen integrierten Pfad abzuleiten, das Modul innerhalb seiner Betriebsspezifikation zu halten und unangenehme Überraschungen unter der Motorhaube zu vermeiden. Dieselbe Physik gilt für die Leistungswandlung und Anlagen für neue Energien, bei denen wir Kupferbasis- oder Multilayer-Aufbauten einsetzen, um höchste Ströme und Wärmelasten bei zugleich engen Kostenzielen zu bewältigen.

Leistungswandler bilden unsere zweitgrößte Anwendungskategorie und bringen in der Regel eine höhere Wärmebelastung der Leiterplatte, höhere Umgebungstemperaturen sowie noch höhere Betriebsspannungen und Ströme mit sich als Anwendungen in der LED-Beleuchtung. Unsere Schaltnetzteile, DC-DC-Leistungsmodule und Motorantriebe sind darauf ausgelegt, große Wärmemengen von kritischen Bauteilen mit hoher Strombelastung über die wärmeleitende Metallbasis abzuführen und so vorzeitige Ausfälle zu verhindern. Unser robuster Aluminiumsubstrataufbau dient als idealer Kühlkörper auf Leiterplattenebene für die gesamte Leistungsstufe, und die beträchtliche Kupferdicke unserer Leiterplatten bewältigt die höheren Ströme und ist ein wesentlicher Grund dafür, dass Ingenieure bei steigender Packungsdichte von FR-4 zu Leiterplatten mit Aluminium- oder Kupferbasis wechseln. Eine hohe Leistungsfähigkeit beim Wärmemanagement darf keine Option mehr sein, die Sie Ihrer Leiterplatte hinzufügen; sie muss Teil des Leiterplattenaufbaus sein.

Zertifizierungen und Qualitätskontrolle (IPC-Klasse 2/3, ISO 9001, UL, RoHS)

Bei einer neuen Lieferantenbeziehung kommt es darauf an, ob die Leiterplatte, die Sie qualifizieren, später auch in Serie verfügbar ist. Wir orientieren uns an branchenweit anerkannten Standards, nicht an subjektiven Beschreibungen. Alle Aluminium- und Metallkern-Leiterplatten von PCBark werden gemäß IPC-6012 (Spezifikation und Design starrer Leiterplatten) entwickelt, gefertigt und geprüft sowie anhand der visuellen Kriterien von IPC-A-600 bewertet – jeweils nach der vom Kunden gewählten IPC-Klasse (Klasse 2 oder Klasse 3). Jede Leiterplatte von PCBark durchläuft eine elektrische Prüfung zu 100 %. (Qualitätsmanagementsystem gemäß ISO 9001:2015)

IPC-6012

Qualifizierung starrer Leiterplatten

IPC-A-600

Abnahmekriterien der Klasse 2 / Klasse 3

ISO 9001

Qualitätsmanagement

UL 94V-0

Klassifizierung der Entflammbarkeit

RoHS / REACH

Materialkonformität

100 % elektrische Prüfung

Jede Leiterplatte, jede Fertigungscharge

CE-Zertifizierung
IATF16949-Zertifizierung
Leiterplattenbestückung ISO 9001
Leiterplattenbestückung ISO 14001
Leiterplatte ISO 14001
Leiterplatte ISO 9001
RoHS-Konformität
UL-Zertifizierung

Eine zentrale Frage von Einkäufern bei der Beschaffung im Ausland betrifft die Zuverlässigkeit: Bleiben die Teile nach der Qualifizierung des ersten Musters gleich, oder führen spätere Änderungen zu fehlerhaften Leiterplatten und langwierigen Rücksendungen über Ländergrenzen hinweg? Wir gehen darauf ein: Unsere Verpflichtung beruht auf fortlaufender Prüfung nach IPC-Klasse und Tests bei jeder Fertigung. In der DFM-Phase prüfen wir die Designregeln, damit Probleme am Bildschirm erkannt werden und nicht erst an der Produktionslinie. Die im Standard festgelegten Prüfungen bilden die vertragliche Grundlage, und das Prüfprotokoll liegt Ihren Teilen bei.

Vergrößerte Zertifizierung

Einkaufsleitfaden: Preise, Vorlaufzeit, Mindestbestellmenge und schlüsselfertige EMS-Leistungen

Bei Aluminium-Leiterplatten bestimmen einige wenige Faktoren die Kosten. Wer sie vor der Angebotsanfrage berücksichtigt, vermeidet den „Preisschock“, den viele Einkäufer in diesem Bereich erleben. Statt von einem einzigen, oft fiktiven „Preis“ auszugehen, sollten Sie diese Kostenfaktoren einer Metallkern-Leiterplatte betrachten: (bewährte Beschaffungspraxis: NIST MEP)

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Fertigungsstufe und Wärmeleitfähigkeit des Dielektrikums

Eine Standard-Leiterplatte mit 1,0-2,0 W/mK ist deutlich günstiger in der Fertigung; ein Dielektrikum der Maximalstufe mit 5,0 W/mK erhöht dagegen die Kosten.

Lagenzahl und Kupfergewicht

Dickkupfer und eine höhere Lagenzahl (möglicherweise bis zu 6oz) erhöhen den Fertigungsaufwand.

Art des Oberflächenfinishs

Oberflächenfinishs wie chemisch Silber und ENIG sind in der Verarbeitung deutlich teurer als die Standardoptionen OSP und HASL-LF.

Leiterplattengröße, Form und Stückzahl

Neue Werkzeuge einzurichten oder komplexe Designs zu bearbeiten, kostet mehr; bei großen Stückzahlen verteilen sich diese Kosten jedoch auf mehr Leiterplatten.

Als erste Kostenorientierung gilt: Eine Metallkern-Leiterplatte kostet ungefähr das 2- bis 4-Fache einer vergleichbaren herkömmlichen FR4-Leiterplatte. Insgesamt kann sie dennoch günstiger sein, wenn externe Kühlkörper, Lüfter und thermische Durchkontaktierungen entfallen.

Die Vorlaufzeiten für Standard-Leiterplatten reichen von 8 Wochen bis zu 20–26 Wochen bei schwierigeren Aufbauten; Eilaufträge kosten 30–100 % Aufpreis – der Preis für einen engen Zeitplan.

Wie schlüsselfertige EMS-Leistungen die Rechnung verändern

PCBark ist kein Vermittler für die Auftragsfertigung von Elektronik; wir bieten einen vollständigen Service im eigenen Haus – von der vorausschauenden DFM-Analyse bis zum fertigen Produkt, einschließlich SMT-Bestückung, Bauteileinkauf im eigenen Haus und 100%iger elektrischer Prüfung. Mit einer jährlichen Fertigungskapazität von 500.000 m² machen unsere vollständig integrierten Anlagen den Wechsel zwischen Fertigungspartnern überflüssig. Bei uns haben Sie einen einzigen Ansprechpartner, der die Verantwortung trägt – für die DFM-Analyse, die Werkzeugerstellung und die Qualitätskontrolle. Senden Sie uns Ihre Stückliste und Gerber-Dateien und erhalten Sie ein umfassendes Angebot.

Vorlaufzeit, Mindestbestellmenge und Preis für Ihren konkreten Lagenaufbau hängen von den Anforderungen ab; deshalb erstellen wir Ihnen anhand der oben genannten vier Faktoren ein individuelles Angebot, denn einen Einheitspreis pro Lagenaufbau gibt es nicht – Eilprototypen und Großserien fertigen wir auf derselben Linie.

FAQ zu Aluminium-Leiterplatten: häufige Fragen von Käufern

Der Preis hängt von der Leistungsstufe, der Lagenzahl, der Kupferstärke, dem Oberflächenfinish und der Stückzahl ab; eine einseitige Standard-Leiterplatte ist deutlich günstiger als ein Aufbau mit 6 Lagen und 5,0 W/m·K. Als Richtwert kostet eine unbestückte Metallkern-Leiterplatte typischerweise 2–4× so viel wie eine vergleichbare FR-4-Leiterplatte, bei Hochleistungsdesigns gleichen eingesparte Kühlkörper diesen Unterschied jedoch oft aus. FR-4 bleibt das günstigste Leiterplattenmaterial und damit die Standardwahl, bis die Wärmeentwicklung einen Wechsel erforderlich macht. Senden Sie uns Ihre Spezifikationen für ein genaues Angebot. (Referenz zum Polymer-Dielektrikum: USPTO US 2010/0012354 A1)

Standard-FR-4 hat eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,25 W/m·K, während eine Metallkern-Leiterplatte zwischen dem Kupfer und einer Basis aus Aluminium oder Kupfer ein wärmeleitendes Dielektrikum mit 1.0 bis 5,0 W/m·K nutzt und Wärme dadurch 8–9-mal schneller ableitet. Die Wärmeleitfähigkeit von Metallkern-Leiterplattenaufbauten senkte im TI LED-Test den Wärmewiderstand von 61.56 auf 39,1 °C/W. FR-4 wird für alle signalorientierten Leiterplatten oder bei Anwendungen ohne Probleme mit dem Wärmemanagement eingesetzt; wenn die Wärmeabfuhr von Bauteilen entscheidend ist, kann eine Metallkern-Leiterplatte die geeignete Materialwahl sein; zudem ist FR-4 in der Regel günstiger, bis die Wärmeentwicklung einen Wechsel erfordert.

Beide erfordern wegen der Metalllage eine gesonderte Handhabung beim Konturfräsen, bei den Bohrungen und beim V-Ritzen; außerdem muss das Dielektrikum gut haften, damit keine eingeschlossenen Hohlräume entstehen – ein Hersteller mit Erfahrung in der Metallkern-Fertigung kann dies jedoch problemlos umsetzen. Ein sehr häufiger Designfehler bei diesem Leiterplattenmaterial ist die Annahme, dass die Aluminiumbasis Strom führt. Klar gesagt: Der Aluminiumkern dient der Wärmeableitung, nicht der Stromführung. Wenn die Leiterplatte hohe Ströme führen muss und eine höhere Belastbarkeit gefragt ist, als mit Aluminium üblich ist, sollten für mehr Leistung Kupfersammelschienen ergänzt werden, statt die Aluminiumbasis dicker auszuführen. Denken Sie bei Aluminium daran: Seine einzige Aufgabe ist die Wärmeübertragung, nicht die Stromübertragung.

Nein, denn dadurch entstehen Mehrkosten für thermische Eigenschaften, die das Design nicht benötigt. Diese Leiterplatte nutzt eine Aluminium-MCPCB mit einem gut wärmeleitenden Dielektrikum; da sie dieselben thermischen und elektrischen Eigenschaften wie eine Leiterplatte auf Kupferbasis aufweist, spricht wenig für einen Kupferkern, wenn die dielektrische Lage (1-8W/mK) den größeren Engpass darstellt. Dadurch liegt sie zugleich näher an einer Alternative, die bei nahezu gleichem Preis etwa die Hälfte der thermischen Eigenschaften einer kupferbasierten oder metallkaschierten Leiterplatte bietet.

Bei PCBark fertigen wir Leiterplatten mit einer Gesamtdicke von 0,6 mm bis 5,0 mm. Je nach Leistungsstufe und Produkt bieten wir Aluminiumdicken von 0,6 mm bis 5,0 mm an; dabei fertigen wir Leiterplatten, die den Anforderungen unserer Kunden bestmöglich entsprechen. Für kleinere, kompakte LED-Leiterplatten kann eine dünnere Ausführung ausreichen; bei größeren Hochleistungsanwendungen, die mehr Wärme abführen müssen, kann eine dickere Aluminiumbasis vorteilhafter sein.

Ja, beides ist auf unseren oben beschriebenen Linien Standard und Best möglich; sämtliche Aufträge durchlaufen dieselbe Prozesslinie. Das verringert den Aufwand für erneute Werkzeugerstellung und kann die Fertigung für uns vereinfachen, sodass wir Ihr Produkt vom Prototyp bis zum Großserienauftrag herstellen können. Wenn Sie uns Ihre RFQ senden, teilen Sie uns bitte mit, wie viel Zeit für die Fertigung zur Verfügung steht.