Wie gut kennen Sie sich mit Aluminium-Leiterplatten aus?

Einführung in Aluminium PCB

Aluminiumplatine ist eine Leiterplatte, die eine dünne Schicht aus leitfähigem elektrischem Isolatormaterial enthält. Sie sind auch als Aluminiumbasis bekannt, Aluminium verkleidet, IMS (Isoliertes Metallsubstrat), MCPCB (Metallbeschichtete Leiterplatte), Wärmeleitende Leiterplatten, usw. Aluminium-Leiterplatten wurden in den 1970er Jahren entwickelt, bald darauf stieg ihre Nachfrage dramatisch an. Die erste Anwendung war ihre Verwendung in Amplification Hybrid Circuits. Zur Zeit, Sie werden in viel größerem Umfang eingesetzt und es ist wichtig, dass wir über Aluminium-Leiterplatten und ihre Bedeutung in der Gemeinschaft Bescheid wissen.

Jede flexible und unbeugsame Leiterplatte (PCB) Design ist anders. Es ist auf den Zweck des Boards zugeschnitten. Gleiches gilt für das Leiterplattengrundmaterial, Glasfaser ist ein beliebtes Grundmaterial, Leiterplatten auf Aluminiumbasis sind jedoch auch in vielen Anwendungen sehr effektiv. Aluminium-Leiterplatten bestehen aus einem kupferkaschierten Laminat, das eine hohe Leistung liefert, auf Metallbasis, einschließlich ausgezeichneter elektrischer Isolierung und Wärmeleitfähigkeit.

Technische Daten und Toleranzen

Wie wird Aluminium PCB hergestellt??

Aluminium-Leiterplatten bestehen aus Dichtungen auf Metallbasis, die mit Kupferfolien-Schaltungsschichten bedeckt sind. Sie bestehen aus Legierungsplatten, die eine Kombination aus Magnesium sind, Aluminium und Silumin (Al-Mg-Si). Aluminium-Leiterplatten liefern ein gutes thermisches Potential, elektrische Isolierung, und hohe Bearbeitungsleistung, und sie unterscheiden sich in zahlreichen wichtigen Punkten von anderen Leiterplatten.

Grundschicht

Diese Basis besteht aus einem Aluminiumlegierungssubstrat. Die Verwendung von Aluminium macht diesen PCB-Typ zu einer hervorragenden Wahl für die Durchgangsbohrtechnologie, auf die später in diesem Artikel eingegangen wird.

Wärmedämmschichten

Dies ist ein äußerst wichtiges Modul der Leiterplatte. Es enthält ein keramisches Polymer mit ausgezeichneter Wärmebeständigkeit, viskoelastische Eigenschaften und schützt die Leiterplatte gegen mechanische und thermische Beanspruchungen.

Schaltungsschicht

Diese Schicht enthält die zuvor in diesem Artikel erwähnte Kupferfolie. Meistens, Leiterplattenhersteller verwenden Kupferfolien von 1 bis 10 Unzen.
Die dielektrische Isolationsschicht absorbiert Wärme, wenn Strom durch die Schaltkreise fließt. Dies wird auf die Aluminiumschicht übertragen, wo die Wärme verteilt wird.
Das Erreichen der höchstmöglichen Lichtleistung führt zu verstärkter Wärme. Leiterplatten mit verbesserter Wärmebeständigkeit verlängern die Lebensdauer Ihres Endprodukts. Ein erfahrener Hersteller bietet Ihnen eine Wärmeminderung, Überlegener Schutz und Zuverlässigkeit der Teile.

Die Entwicklung der Leiterplatten

Leiterplatten sind mit den in den 1850er Jahren eingeführten elektrischen Verbindungssystemen verwandt, in denen Metallstreifen oder -stangen große elektrische Komponenten verbanden, die auf Holzsockeln installiert waren. Im Laufe der Zeit, An die Schraubklemmen angeschlossene Drähte ersetzten die Metallstreifen und das Metallgehäuse, die anstelle der Holzsockel verwendet wurden.

Während dies definitiv wichtige technologische Fortschritte waren, Die Systeme waren zu groß, um den wachsenden Bedarf an kleineren zu decken, Kompaktere Konstruktionen erforderten Nebenprodukte, bei denen Leiterplatten verwendet wurden.

Diese Forderung inspirierte Charles Ducas aus den USA, eine Schablone mit leitfähigen Tinten zu entwickeln, mit der elektrische Pfade direkt auf isolierte Oberflächen „gedruckt“ werden können. Er reichte ein Patent auf das Verfahren in 1925, Geburt der Sätze "gedruckte Verkabelung" und "gedruckte Schaltung".

1943 sah die Entwicklung und Patentierung eines Verfahrens zum Ätzen von leitenden Mustern (Schaltungen) auf eine Schicht Kupferfolie, welches mit einem mit Glas verstärkten nichtleitenden Grundmaterial verschmolzen war. Die Technik, entwickelt von Paul Eisler aus Großbritannien, gewann in den 1950er Jahren mit dem Aufkommen von Transistoren für den kommerziellen Gebrauch an Popularität. Bis zu dieser Zeit, Vakuumröhren und andere Komponenten waren so groß, dass nur herkömmliche Montage- und Verdrahtungsmethoden erforderlich waren.

Transistoren haben alles verändert, jedoch – Komponenten schrumpften erheblich, und die Hersteller wollten die Gesamtgröße ihrer elektronischen Gehäuse durch den Wechsel zu Leiterplatten reduzieren.

Die Einführung der Through-Hole-Technologie und ihre Verwendung in mehrlagige Leiterplatten in den 1960er Jahren führten zu einer erhöhten Komponentendichte und eng beieinander liegenden elektrischen Pfaden und leiteten eine neue Ära ein PCB-Design. In den 1970ern, Chips für integrierte Schaltkreise werden zur Grundlage für das Design von Leiterplatten

Struktur von Aluminium PCBs

Aluminium-Leiterplatten sind eigentlich ziemlich ähnlich FR4-Leiterplatten. Die Grundstruktur von Aluminium-Leiterplatten besteht aus vier Schichten. Es besteht aus einer dielektrischen Schicht, Kupferfolie, eine Aluminiumgrundschicht, und eine Aluminiumbasismembran.

• Kupferfolienschicht

Die verwendete Kupferschicht ist relativ dicker als normale CCLs (1Unzen bis 10 Unzen). Eine dickere Kupferschicht bedeutet eine größere Strombelastbarkeit.

• Dielektrische Schicht

Die dielektrische Schicht ist eine wärmeleitende Schicht und etwa 50 bis 200 Mikrometer dick. Es hat einen geringen Wärmewiderstand und ist für seine Anwendung geeignet.

• Aluminiumbasis

Diese dritte Schicht ist die Aluminiumbasis, die aus Aluminiumsubstrat besteht. Es hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Aluminiumbasismembranschicht

Die Aluminiumbasismembran ist selektiv. Es spielt eine defensive Rolle, indem es das Aluminiumgehäuse vor unerwünschtem Ätzen und Schaben schützt. Es gibt zwei Arten, d.h.. um 250 Grad oder niedriger als 120 Grad (Anti-Hochtemperatur)

Arten von Aluminium-Leiterplatten

LED- und Stromrichterhersteller sind bislang die größten Anwender von Aluminium-Leiterplatten. jedoch, Radiofrequenz (RF) Auch Automobilunternehmen nutzen diese Art von Leiterplatten. Einschichtiger Aufbau ist häufiger, weil er einfach ist, Es werden jedoch auch andere Konfigurationen angeboten.

Flexible Aluminium-Leiterplatten

Flexible Dielektrika sind eine Neuentwicklung im Bereich isolierter Metallsubstrate (IMS) Materialien. Die Materialien sind mit Keramikfüllstoffen und Polyimidharz ausgestattet und bieten eine bessere elektrische Isolierung, Wärmeleitfähigkeit, und Flexibilität. Bei Verwendung mit flexiblen Aluminiummaterialien (sowie 5754), Die Leiterplatte kann abgewinkelt und geformt werden, um kostspielige Gegenstände wie Kabel zu vermeiden, Vorrichtungen, und Anschlüsse. Die Materialien sind zwar flexibel, aber so konstruiert, dass sie sich biegen und für immer an Ort und Stelle bleiben. Sie sind nicht für Anwendungen gedacht, bei denen die Materialien häufig gebogen werden müssen.

Hybrid Aluminium-Leiterplatten

Mit der Hybrid-Aluminium-Leiterplatte, Ein nichtthermisches Material wird verwaltet und thermisch mit dem Aluminiumgrundmaterial verschmolzen. Normalerweise, Es wird eine zweischichtige oder vierschichtige Leiterplatte aus geradem FR-4 verwendet. Durch das Verschmelzen dieser Schicht mit der Aluminiumbasis mit thermischen Dielektrika wird die Wärme abgeführt, wirkt als Hitzeschild und erhöht die Inflexibilität. Weitere Vorteile einer Hybrid-Aluminium-Leiterplatte sind::

• • Bessere Wärmeleistung im Vergleich zu Standard-FR-4-Produkten

• • Weniger teure Konstruktion im Vergleich zu Leiterplatten aus allen wärmeleitenden Materialien.

• • Eliminiert damit verbundene Montageschritte und kostspielige Kühlkörper.

• • Nützlich genug, um in HF-Anwendungen verwendet zu werden, wo verlorene Merkmale durch einen Oberflächenlaver von PTFE verbessert werden können

• • Bessere thermische Wirkung im Vergleich zu Standard-FR-4-Produkten

Durchgangsloch-Aluminium-Leiterplatten

In hochkomplexen Strukturen, Eine einzelne Aluminiumschicht kann den zentralen Kern einer vielseitigen thermischen Struktur bilden. In Durchgangsplatine, Das Aluminium wird vorgebohrt und das Loch vor dem Laminierungsprozess mit Dielektrikum hinterfüllt. Nächster, thermische Materialien (oder Unterbaugruppen) sind auf beiden Seiten des Aluminiums mit Wärmeleitmaterialien laminiert. Nach dem Laminieren, Die Baugruppe wird auf ähnliche Weise wie eine mehrschichtige Leiterplatte durchgebohrt, und die plattierten Durchgangslöcher werden dann durch die Abstände im Aluminium geführt, um eine elektrische Isolierung bereitzustellen.

Herstellungsschwierigkeiten von Aluminium-Leiterplatten

Der Herstellungsprozess für fast ausschließlich Aluminium-Leiterplatten ist grundsätzlich der gleiche. Hier werden wir die wichtigsten Herstellungsprozesse diskutieren, die Probleme und ihre Lösungen.

1: Kupferätzen

Die in Aluminium-Leiterplatten verwendete Kupferfolie ist mäßig dicker. Wenn die Kupferfolie jedoch über 3 Unzen ist, Das Ätzen erfordert eine Breitenabrechnung. Wenn es nicht nach den Anforderungen des Designs ist, Die Spurenbreite ist nach dem Ätzen außerhalb der Toleranz. Deshalb sollte die Spurweitenkompensation genau ausgelegt werden. Die Ätzfaktoren müssen während des Herstellungsprozesses gesteuert werden.

2: Lötmasken drucken

Aufgrund dicker Kupferfolie, Es gibt Schwierigkeiten beim Löten von Lötmasken auf Aluminium-Leiterplatten. Das ist weil; Wenn das Spurenkupfer zu dick ist, weist das geätzte Bild einen großen Unterschied zwischen der Grundplatte und der Spurenoberfläche auf, und das Drucken der Lötmaske ist ziemlich schwierig. Deshalb, Vorzugsweise wird der zweifache Lötmaskendruck verwendet. Das verwendete Lötmaskenöl sollte von anständiger Qualität sein und in einigen Fällen, Zuerst wird das Harz gefüllt und dann die Lötmaske

3: Mechanische Fertigung:

Der mechanische Herstellungsprozess umfasst das Formen, mechanisches Bohren, und V-Scoring, usw. Welches bleibt auf internen via. Dies neigt dazu, die elektrische Festigkeit zu verringern. Deshalb, Der professionelle Fräser und der elektrische Fräser sollten für die Herstellung von Produkten in kleinen Stückzahlen verwendet werden. Die Bohrparameter sollten angepasst werden, um die Entstehung von Graten zu verhindern. Dies hilft Ihrer mechanischen Fertigung.

Klassifizierung von Aluminium-Leiterplatten

Aluminium-Leiterplatten werden im Wesentlichen in drei Kategorien unterteilt.

1. Universelle Aluminiumplatine: Die hier verwendete dielektrische Schicht besteht aus Epoxy-Glasfaser-Pre-Preg.

2. Hochfrequenz-Aluminium-Leiterplatte: Die dielektrische Schicht besteht aus Polyolefin- oder Polyimidharzglasfaser-Pre-Preg.

3. Hochwärmeleitende Aluminiumplatine: Das dielektrische Lavendel besteht aus Epoxidharz. Das verwendete Harz muss eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen

Vorteile von Leiterplatten auf Aluminiumbasis

Metallkern-Leiterplatten bieten gegenüber anderen Basismaterialien einzigartige Vorteile.

Weniger teuer

Aluminium stammt aus verschiedenen Klimazonen und ist daher leicht abzubauen & verfeinern. Dies macht das Abbauen und Raffinieren erheblich kostengünstiger als andere Metalle. Durch Erweiterung, Die Herstellungskosten für Produkte mit Aluminium-Leiterplatten sind ebenfalls geringer. Aluminium-Leiterplatten sind auch eine kostengünstigere Alternative zu Kühlkörpern.

Umweltfreundlich

Aluminium ist recycelbar, ungiftiges Metall. Vom Hersteller bis zum Endabnehmer, Die Verwendung von Aluminium in PBCs trägt zu einem gesunden Planeten bei.

Bessere Wärmeübertragung

Hohe Temperaturen sind der Grund für schwere Schäden an der Elektronik. Aluminium leitet und leitet Wärme von gefährlichen Teilen weg, um Schäden an der Leiterplatte zu minimieren.

Sehr langlebig

Aluminium ist zäher und haltbarer als Grundmaterialien wie Glasfaser und Keramik. Es ist sehr gut verarbeitet und reduziert versehentliche Brüche, die während des gesamten Herstellungsprozesses auftreten können, und während der Handhabung und des täglichen Gebrauchs.

Leicht

Wegen seiner Haltbarkeit, Aluminium ist sehr leicht. Es verleiht Leiterplatten Elastizität und Festigkeit, ohne zusätzliches Gewicht hinzuzufügen.

Obwohl Beleuchtungsprojekte und Stromrichter die größten Anwender von Leiterplatten auf Metallbasis sind, Es gibt viele verschiedene Benutzer. Es kann vom Aluminiumkern-Leiterplattenmaterial profitieren. Jeder Zulieferer von Aluminiumkern-Leiterplatten sollte seinen Kunden helfen, ihren Bedarf an Isolierung und Wärmekontrolle einzuschätzen. Aluminiumkernplatinen werden klassisch mit schwarzer oder weißer Lötmaske verwendet.

Leistung von Aluminium-Leiterplatten

Dimensionsstabilität

Aluminium-Leiterplatten weisen Dimensionsstabilität auf & konstante Größe. Zum Beispiel, wenn sie erwärmt werden 30-140 Grad, ihre Dimensionen hatten nur eine Änderung durch 2.5%-3.0%.

Wärmeableitung

Die Leistung von Aluminium-Leiterplatten beim Auflösen von Wärme ist im Vergleich zu normalen FR4-Leiterplatten recht gut. Zum Beispiel, Eine 1,5 mm dicke FR4-Platine hat einen Wärmewiderstand von 20-22 Grad pro Watt, während eine 1,5 mm dicke Aluminiumplatine einen Wärmewiderstand von ungefähr hat 1-2 Grad pro Watt.

Wärmeausdehnung

Jeder Stoff hat seinen eigenen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Der CTE von Kupfer(18ppm / C.) und Aluminium (22ppm / C.) ist ziemlich nah. Da Aluminium-Leiterplatten in Bezug auf die Wärmeableitung gut funktionieren, Sie haben keine schwerwiegenden Kontraktions- oder Entwicklungsprobleme. Sie arbeiten außergewöhnlich und sind langlebig und zuverlässig.

Aluminium-PCB-Anwendungen

Aluminium-Leiterplatten eignen sich perfekt für Situationen, in denen die Anforderungen an die Wärmeableitung sehr hoch sind.

Mit Aluminium beschichtete Leiterplatten leiten Wärmeenergie besser von Leiterplattenkomponenten weg, deshalb, Es bietet ein besseres Temperaturmanagement für Leiterplattenkonstruktionen. Designs mit Aluminiumrücken können so viel sein wie 10 Mal effektiver als Konstruktionen mit Glasfaserrücken, wenn es darum geht, Wärmeenergie von Leiterplattenkomponenten zu entfernen. Die viel höhere Wärmeableitungsrate ermöglicht die Implementierung von Designs mit höherer Leistung und höherer Dichte.

1. Leiterplatten mit Aluminiumrücken werden mehr denn je für Anwendungen mit hoher Leistung / hoher Wärmeableitung verwendet.

Obwohl sie ursprünglich für Anwendungen mit Hochleistungsschaltgeräten entwickelt wurden, Leiterplatten mit Aluminiumrückseite haben in LED-Anwendungen an Beliebtheit gewonnen, einschließlich Ampeln, Automobilbeleuchtung, und allgemeine Beleuchtung. Durch die Verwendung von Aluminiumdesigns kann die Dichte der LEDs in der Leiterplattenstruktur höher sein und die montierten LEDs können bei höheren Strömen arbeiten, während die angegebenen Temperaturtoleranzen eingehalten werden.

2. Leiterplatten mit Aluminiumrückseite ermöglichen im Vergleich zu herkömmlichen Leiterplattenkonstruktionen auch geringere Sicherheitsmargen bei Power-LEDs.

Die niedrigere Betriebstemperatur der LEDs im Design bedeutet, dass die LEDs längere Zeit arbeiten können, bevor sie ausfallen.

3. Andere Anwendungen für Aluminium-Leiterplatten umfassen Netzteile, Hochstromschaltung, Motorsteuerungen und Automobilanwendungen.

Leiterplattenmaterialien mit Aluminiumkern sind sehr wirksam bei Anwendungen zur thermischen Wärmeableitung, zu denen integrierte Schaltkreise für die Oberflächenmontage mit hoher Leistung gehören. Wegen der hohen Wärmeableitung, die mit Leiterplatten mit Aluminiumrücken verbunden ist, Leiterplattenentwürfe können vereinfacht werden. Aluminium-Leiterplatten verhindern Wärmeableitung und Druckluft, was schließlich die Designkosten senkt. Nahezu jedes Design, das durch Verbesserung der Wärmeleitung und Temperaturregelung verbessert werden kann, ist ein Kandidat für eine Leiterplatte mit Aluminiumrücken.

Leiterplatten auf Aluminiumbasis bestehen aus Aluminiumrücken, während herkömmliche Leiterplatten ein Glasfasersubstrat verwenden (FR4 ist Standard), Standardschaltungsschichten und wärmeleitende dielektrische Schichten (eine dünne Leiterplatte, die mit dem Aluminiumträger verbunden ist). Als Ergebnis, Die Schaltungsschichten können genauso komplex sein wie die Schichten, die auf herkömmlichen Faserplatinen montiert sind.

Leiterplatten mit Aluminiumrückseite können die Haltbarkeit und Haltbarkeit des Designs durch die damit verbundene Reduzierung der Ausfallraten und der Temperaturregelung zuverlässig erhöhen.

Aluminiumkonstruktionen bieten auch eine geringe Wärmeausdehnung als andere PBS-Konstruktionen und eine bessere mechanische Stabilität.

4. Vollständige Liste der Aluminiumkern-Leiterplattenanwendungen:

• Medizinisch: OP-Beleuchtung, Chirurgische Beleuchtungswerkzeuge, Hochleistungs-Scan-Technologie. und Stromrichter.

• Verbraucher: Straßenbeleuchtung, Verkehrskontrollbeleuchtung, Innenbeleuchtung, Landschaftsbeleuchtung, und Campingausrüstung.

• Leistungsmodule: Einschließlich Halbleiterrelais, Konverter, Brücken und Gleichrichter.

• Telekommunikation: Einschließlich Hochfrequenzverstärker und Filtergeräte.

• Netzteil: Wie Schaltregler und DC / AC-Wandler.

• Automobil: Einschließlich Leistungsregler. Beleuchtung, und elektronische Regler.

• Computers: Wie CPU-Karten, Diskettenlaufwerke und Stromversorgungsgeräte.

• Audiogeräte: wie Eingangs- und Ausgangsverstärker und Leistungsverstärker + Office Automation, wie Elektromotoren und Antriebe.

MOKO-Technologie liefert High-Tech-Leiterplattentechnologie und ist ein führender Hersteller von Aluminiumkern-Leiterplatten. Wir verwenden Front-Line-Technologie, um gut gefertigte Leiterplatten bereitzustellen, die den strengen Spezifikationen unserer Kunden entsprechen. Erfahren Sie mehr über uns, wenn Sie nach Aluminiumplatinen suchen!