La Pregunta del Millón: ¿Realmente Necesitas Metal Core?
Cada semana recibo al menos 3 consultas de clientes pidiendo cotización de PCB de aluminio "porque su producto calienta". Y cada semana, al menos 2 de ellos terminan usando FR4 estándar después de analizar su diseño real.
El Metal Core PCB (MCPCB) es una tecnología fantástica, pero también es una de las más sobre-especificadas de la industria. Esta guía te ayudará a decidir cuándo realmente lo necesitas.
💡 Mi Regla Personal
Si tu componente más caliente disipa menos de 1W y no es un LED de alta potencia, probablemente no necesitas MCPCB. Antes de pedir cotización de aluminio, pregúntate: ¿he calculado realmente la disipación térmica o solo estoy asumiendo que "calienta mucho"?
¿Qué es Exactamente un Metal Core PCB?
Un Metal Core PCB usa una base de metal (generalmente aluminio, a veces cobre) en lugar de FR4 como sustrato principal[1]. La estructura típica es:
| Capa | Material | Función |
|---|---|---|
| 1. Circuito | Cobre (1-4oz) | Conductores |
| 2. Dieléctrico | Resina térmica | Aislamiento + transferencia calor |
| 3. Base | Aluminio/Cobre | Disipación térmica |
La Magia del Dieléctrico
La capa dieléctrica es lo que diferencia un MCPCB bueno de uno mediocre. Típicamente tiene 75-150μm de espesor y su conductividad térmica determina el rendimiento[2]:
| Tipo Dieléctrico | Conductividad (W/mK) | Coste Relativo |
|---|---|---|
| Estándar | 1.0-1.5 | $ |
| Mejorado | 2.0-3.0 | $$ |
| Premium | 3.0-5.0 | $$$ |
| Ultra-alto | 5.0-8.0 | $$$$ |
FR4 Estándar: El Rey Silencioso
No subestimes al FR4. Es el material más usado del mundo por buenas razones[1]:
| Propiedad | FR4 Típico |
|---|---|
| Conductividad térmica | 0.25-0.3 W/mK |
| Tg (temperatura transición) | 130-180°C |
| Dk (constante dieléctrica) | 4.2-4.5 |
| Coste relativo | $ |
| Disponibilidad | Universal |
| Capas posibles | 1-40+ |
Pero... FR4 sí puede disipar calor
Muchos ignoran que el FR4 puede mejorar su disipación térmica con:
- Vías térmicas (thermal vias)
- Planos de cobre extensos
- Vías rellenas de cobre
- Mayor espesor de cobre (2oz, 3oz)
Tabla Comparativa: MCPCB vs FR4
| Característica | Metal Core (Aluminio) | FR4 Estándar |
|---|---|---|
| Conductividad térmica | 1.0-8.0 W/mK | 0.25-0.3 W/mK |
| Capas típicas | 1-2 (raramente 4) | 1-40+ |
| Coste relativo | $$$-$$$$ | $ |
| Lead time | 7-14 días | 3-7 días |
| Peso | Mayor (aluminio) | Menor |
| Mecanizado | Más difícil | Estándar |
| Rigidez | Muy alta | Media |
| HDI posible | No | Sí |
| Flexibilidad | Ninguna | Versión flex disponible |
Cuándo SÍ Necesitas Metal Core
Caso 1: LEDs de Alta Potencia
Esta es LA aplicación principal del MCPCB. Los LEDs de potencia (>1W) necesitan disipar calor para mantener eficiencia y vida útil[3].
💡 Dato Real
Un LED de 10W a 50°C de temperatura de junción puede durar 50,000 horas. El mismo LED a 100°C dura solo 10,000 horas. La diferencia la hace el PCB.
| Potencia LED | Recomendación |
|---|---|
| <0.5W por LED | FR4 con vías térmicas |
| 0.5-3W por LED | MCPCB estándar |
| 3-10W por LED | MCPCB premium |
| >10W por LED | MCPCB cobre o IMS avanzado |
Caso 2: Electrónica de Potencia
Reguladores de voltaje, MOSFETs de potencia, IGBTs... cuando disipas decenas de vatios, el MCPCB es esencial.
| Componente | Disipación típica | Sustrato recomendado |
|---|---|---|
| Regulador lineal 5V/2A | ~3W | MCPCB o FR4 con heatsink |
| MOSFET 100A | 10-50W | MCPCB + heatsink |
| IGBT | 50-200W | MCPCB cobre + sistema de enfriamiento |
Caso 3: Espacio Ultra-Limitado
Cuando no puedes añadir disipadores externos, el MCPCB actúa como heatsink integrado.
Caso 4: Requisitos de Fiabilidad Extrema
Industrias como automoción o aerospace a veces especifican MCPCB para evitar puntos calientes que degradan la soldadura.
Cuándo NO Necesitas Metal Core
Error 1: "Mi circuito calienta"
Que tu placa esté tibia al tacto no significa que necesites aluminio. La piel detecta calor a partir de ~40°C. Un PCB funcionando a 50°C es perfectamente normal para FR4 (Tg típica 130-180°C).
Error 2: "Son LEDs"
No todos los LEDs necesitan MCPCB:
| Tipo de LED | Potencia típica | ¿Necesita MCPCB? |
|---|---|---|
| Indicadores (0402, 0603) | <0.1W | NO |
| Retroiluminación | 0.1-0.5W | Probablemente NO |
| General lighting | 0.5-3W | DEPENDE |
| High-bay, farolas | >3W | SÍ |
Error 3: "El cliente lo pide"
A veces el cliente especifica MCPCB porque "suena mejor". Tu trabajo es explicar las opciones reales.
Error 4: "Es para automoción"
El estándar IATF 16949 no exige MCPCB. Exige que el producto cumpla requisitos térmicos, que puedes lograr de varias formas.
Alternativas al Metal Core
Antes de saltar a MCPCB, considera estas opciones más económicas:
1. FR4 con Thermal Vias
Agregar una matriz de vías bajo el componente caliente:
| Configuración | Mejora térmica estimada |
|---|---|
| Vías 0.3mm cada 1.2mm | 20-30% mejor que sin vías |
| Vías 0.3mm cada 0.8mm | 30-50% mejor |
| Vías rellenas de cobre | 50-100% mejor |
2. FR4 con Cobre Grueso
| Espesor cobre | Mejora térmica | Coste extra |
|---|---|---|
| 1oz (35μm) | Base | Base |
| 2oz (70μm) | +30% | +15% |
| 3oz (105μm) | +60% | +30% |
| 4oz (140μm) | +90% | +50% |
3. Heatsink Externo
A veces es más económico usar FR4 + un disipador atornillado que MCPCB.
4. FR4 High-Tg
Si el problema es temperatura ambiente alta (no disipación), considera FR4 con Tg de 170-180°C en lugar de MCPCB.
Diseño para Metal Core: Consideraciones
Limitaciones de Capas
La mayoría de MCPCB son de 1 cara o 2 caras. Los multicapa existen pero son muy caros.
| Capas | Disponibilidad | Coste relativo |
|---|---|---|
| 1 cara | Estándar | $ |
| 2 caras | Común | $$ |
| 4 capas | Especial | $$$$ |
| 6+ capas | Muy raro | $$$$$ |
Reglas de Diseño Típicas
| Parámetro | MCPCB típico | FR4 estándar |
|---|---|---|
| Ancho pista mínimo | 6mil (150μm) | 4mil (100μm) |
| Espacio mínimo | 6mil | 4mil |
| Vía mínima | N/A (1 cara) | 0.2mm drill |
| Cobre máximo | 4oz | 4oz |
No Olvides el Mecanizado
El aluminio es más difícil de mecanizar que FR4:
- Los cortes con V-score son más complicados
- Las fresas se desgastan más rápido
- Los radios mínimos son mayores
Comparativa de Costes Real
Ejemplo: Placa LED 50x50mm, 1 cara
| Parámetro | FR4 1oz | FR4 2oz + vías | MCPCB 1.5W/mK |
|---|---|---|---|
| 100 pcs | $80 | $120 | $200 |
| 1000 pcs | $250 | $400 | $650 |
| Lead time | 5 días | 7 días | 10 días |
El MCPCB cuesta ~2.5x más que FR4 estándar.
¿Cuándo vale la pena el coste extra?
| Situación | Recomendación |
|---|---|
| Fallo térmico confirmado | MCPCB vale la pena |
| "Por si acaso" | FR4 mejorado primero |
| LED >3W | MCPCB probablemente necesario |
| LED <1W | Casi nunca necesario |
| Espacio para heatsink | Considera FR4 + heatsink |
Industrias y Aplicaciones Típicas
Iluminación LED
- Farolas, high-bay industrial
- Faros automotrices
- Grow lights (cultivo)
- Proyectores profesionales
Automoción
- Luces LED (faros, stops)
- Electrónica de potencia
- Inversores para EV
Industrial
- Fuentes de alimentación
- Variadores de frecuencia
- Control de motores
Energía
- Inversores solares
- Cargadores de baterías
- UPS
Servicios WellPCB
Ofrecemos tanto Metal Core PCB como FR4 estándar:
| Capacidad | Especificación |
|---|---|
| Materiales | Aluminio, Cobre |
| Dieléctrico | 1.0-3.0 W/mK estándar |
| Capas | 1-2 |
| Cobre | Hasta 4oz |
| Espesor base | 0.8-3.0mm |
También fabricamos:
Conclusión: El Algoritmo de Decisión
Paso 1: Calcula la disipación real
No adivines. Suma los vatios de cada componente.
Paso 2: Identifica los puntos críticos
¿Dónde está el calor concentrado? ¿LEDs? ¿Reguladores?
Paso 3: Evalúa alternativas
¿Funcionaría FR4 con vías térmicas? ¿Con 2oz de cobre? ¿Con heatsink?
Paso 4: Si todo falla, usa MCPCB
Pero elige el dieléctrico correcto para tu disipación.
💡 Mi Consejo Final
He visto proyectos que gastaron €2000 extra en MCPCB cuando €200 en vías térmicas habrían funcionado igual. También he visto proyectos que "ahorraron" usando FR4 y tuvieron 30% de fallos en campo. Haz los cálculos, no asumas.
¿Necesitas ayuda para decidir? Envía tus especificaciones y te damos una recomendación honesta. Solicita cotización o contáctanos.
