Introducción a PCB de aluminio
PCB de aluminio es una placa de circuito impreso que contiene una capa delgada de material aislante eléctrico conductor. También se conocen como base de aluminio., Revestimiento de aluminio, SOY S (Sustrato metálico aislado), MCPCB (Placa de circuito impreso revestida de metal), PCB termoconductores, etc.. Los PCB de aluminio se desarrollaron en la década de 1970, poco después de lo cual su demanda aumentó dramáticamente. La primera aplicación fue su uso en circuitos híbridos de amplificación.. Actualmente, Se están utilizando a una escala mucho mayor y es importante para nosotros conocer sobre los PCB de aluminio y su importancia en la comunidad..
Cada placa de circuito impreso flexible e inflexible (tarjeta de circuito impreso) el diseño es diferente. Está personalizado para cumplir con el propósito de la placa.. Lo mismo ocurre con el material base de PCB., la fibra de vidrio es un material base popular, pero los PCB a base de aluminio también son muy operativos en muchas aplicaciones. Los PCB de aluminio consisten en un laminado revestido de cobre que ofrece un alto rendimiento, a base de metal, incluyendo excelente aislamiento eléctrico y conductividad térmica.
Especificaciones y tolerancias
| Rastro de capa exterior / Espacio | .003″ / .004″ | |
| Traza de capa interior / Espacio | .003″ / .004″ | |
| Agujero mínimo perforado | .0059″ | |
| Agujero perforado estándar | .010″ | |
| Relación de aspecto de perforación | 15:1 | |
| Tamaño mínimo de la almohadilla | .008″ | |
| Característica mínima al borde | .010″ | |
| Espesor mínimo del núcleo | .002″ | |
| Perforación de profundidad controlada | SÍ | |
| Laminación secuencial | SÍ |
¿Cómo se fabrica la PCB de aluminio??
Las placas de circuito impreso de aluminio constan de sellos de base metálica cubiertos por capas de circuito de lámina de cobre. Están hechos de placas de aleación que son una combinación de magnesio., aluminio y silumin (Al-Mg-Si). Los PCB de aluminio ofrecen un buen potencial térmico, aislamiento electrico, y alto rendimiento de mecanizado, y son diferentes de otros PCB en numerosos aspectos importantes.
Capa base
Esta base consta de un sustrato de aleación de aluminio. El uso de aluminio hace que este tipo de PCB sea una opción brillante para la tecnología de orificios pasantes que se discutirá más adelante en este artículo..
Capas de aislamiento térmico
Este es un módulo de importancia crítica de la PCB. Contiene un polímero cerámico que tiene una excelente resistencia térmica., propiedades viscoelásticas y defiende el PCB frente a tensiones mecánicas y térmicas.
Capa de circuito
Esta capa contiene la lámina de cobre mencionada anteriormente en este artículo.. Principalmente, Los fabricantes de PCB utilizan láminas de cobre que se extienden de una a diez onzas.
La capa dieléctrica de aislamiento absorbe calor a medida que la corriente fluye a través de los circuitos.. Este se transfiere a la capa de aluminio., donde se dispersa el calor.
Lograr la mayor salida de luz posible da como resultado un calor amplificado. Los PCB con resistencia térmica mejorada prolongan la vida útil de su producto terminado. Un fabricante calificado le proporcionará mitigación de calor, protección superior y fiabilidad de la pieza.
La evolución de las placas de circuito impreso
Los PCB son parientes de los sistemas de conexión eléctrica introducidos en la década de 1850., en el que tiras o varillas de metal conectaban grandes componentes eléctricos instalados sobre bases de madera. Tiempo extraordinario, Los cables conectados a los terminales de tornillo reemplazaron las tiras de metal y el chasis de metal utilizado en lugar de las bases de madera..
Si bien estos fueron definitivamente importantes avances tecnológicos, los sistemas eran demasiado grandes para satisfacer la creciente necesidad de, diseños más compactos demandaban subproductos que usaban placas de circuito.
Esta demanda inspiró a Charles Ducas de los Estados Unidos a desarrollar un esténcil con tintas conductoras que pudieran "imprimir" trayectorias eléctricas directamente en superficies aisladas.. Presentó una patente sobre el proceso en 1925, dando origen a las frases "cableado impreso" y "circuito impreso".
1943 vio el desarrollo y patentamiento de un método para grabar patrones conductores (circuitos) sobre una capa de papel de cobre, que se fusionó con un material base no conductor reforzado con vidrio. La técnica, desarrollado por Paul Eisler del Reino Unido, ganó gran popularidad en la década de 1950 con la llegada de los transistores para uso comercial. Hasta ese momento, Los tubos de vacío y otros componentes eran tan grandes que solo se requerían los métodos tradicionales de montaje y cableado..
Los transistores lo cambiaron todo, sin embargo – componentes reducidos de tamaño considerablemente, y los fabricantes querían reducir el tamaño total de sus paquetes electrónicos cambiando a PCB.
La introducción de la tecnología de orificio pasante y su uso en PCB multicapa en la década de 1960 resultó en una mayor densidad de componentes y caminos eléctricos estrechamente espaciados y comenzó una nueva era en Diseño de PCB. En los 1970s, Los chips de circuitos integrados se vuelven fundamentales para el diseño de placas de circuito impreso
Estructura de PC de aluminioBs
Los PCB de aluminio son bastante similares a PCB FR4. La estructura básica de los PCB de aluminio es de cuatro capas.. Consiste en una capa dieléctrica, hoja de cobre, una capa base de aluminio, y una membrana de base de aluminio.
• Capa de lámina de cobre
La capa de cobre usada es relativamente más gruesa que las CCL normales. (1oz a 10 oz). Una capa más gruesa de cobre significa una mayor capacidad de carga de corriente.
• Capa dieléctrica
La capa dieléctrica es una capa termoconductora y tiene un grosor de entre 50 y 200 micrómetros.. Tiene una baja resistencia térmica y es adecuado para su aplicación..
• Base de aluminio
Esta tercera capa es la base de aluminio que se compone de sustrato de aluminio.. Tiene alta conductividad térmica.. Capa de membrana de base de aluminio
La membrana de base de aluminio es selectiva. Desempeña un papel defensivo al mantener el exterior de aluminio a salvo de grabaciones y raspaduras no deseadas.. Es de dos tipos, es decir. alrededor 250 grados o menor que 120 grados (anti-alta temperatura)
Tipos de PCB de aluminio
Las empresas de LED y convertidores de potencia son hasta ahora los mayores usuarios de PCB de aluminio. sin embargo, frecuencia de radio (RF) y las empresas de automoción también hacen uso de este tipo de placa de circuito impreso. La construcción de una sola capa es más común porque es simple, pero se ofrecen otras configuraciones.
PCB de aluminio flexible
Los dieléctricos flexibles son un nuevo desarrollo en el sustrato metálico aislado (SOY S) materiales. Los materiales cuentan con rellenos cerámicos y resina de poliimida y proporcionan un mayor aislamiento eléctrico., conductividad térmica, y flexibilidad. Cuando se usa con materiales de aluminio flexibles (tal como 5754), La placa de circuito impreso se puede inclinar y formar para eliminar elementos costosos como cables, accesorios, y conectores. Aunque los materiales son flexibles pero están diseñados para doblarse y permanecer en su lugar para siempre.. No están diseñados para aplicaciones que requieren que los materiales se flexionen con frecuencia.
Híbrido PCB de aluminio
Con el PCB de aluminio híbrido, un material no térmico se gestiona y se fusiona térmicamente con el material base de aluminio. Normalmente, se utiliza una placa de circuito de dos o cuatro capas hecha de FR-4 recto. La fusión de esta capa a la base de aluminio con dieléctricos térmicos disuelve el calor., actúa como un escudo térmico y aumenta la inflexibilidad. Otros beneficios de una PCB de aluminio híbrida incluyen:
• Mejor rendimiento térmico en comparación con los productos FR-4 estándar
• Construcción menos costosa en comparación con los PCB fabricados con todos los materiales conductores térmicos.
• Elimina los pasos de montaje relacionados y los costosos disipadores de calor.
• Lo suficientemente útil para ser utilizado en aplicaciones de RF, donde las características perdidas se pueden mejorar con una capa superficial de PTFE
• Mejor acción térmica en comparación con los productos FR-4 estándar
PCB de aluminio con orificio pasante
En estructuras muy complejas, una sola capa de aluminio puede formar el núcleo central de una estructura térmica de múltiples lados. En PCB con orificio pasante, el aluminio se perfora previamente y el orificio se rellena con dieléctrico antes del proceso de laminación. próximo, materiales térmicos (o subconjuntos) están laminados a ambos lados del aluminio con materiales de unión térmica. Después de la laminación, el ensamblaje se perfora de manera similar a una PCB multicapa, y los orificios pasantes plateados se pasan a través de los espacios en el aluminio para proporcionar aislamiento eléctrico.
Dificultades de fabricación de PCB de aluminio
El proceso de fabricación de PCB casi totalmente de aluminio es básicamente el mismo. Aquí discutiremos los principales procesos de fabricación., los problemas y sus soluciones.
1: Grabado de cobre
La lámina de cobre utilizada en PCB de aluminio es moderadamente más gruesa. Sin embargo, si la lámina de cobre tiene más de 3 oz, el grabado requiere asentamiento de ancho. Si no es acorde a la demanda del diseño, el ancho de la traza estará fuera de tolerancia después del grabado. Es por eso que la compensación de ancho de traza debe diseñarse con precisión. Los factores de grabado deben controlarse durante el proceso de fabricación..
2: Impresión de máscara de soldadura
Debido a la lámina de cobre gruesa, hay una dificultad en la impresión de máscara de soldadura de PCB de aluminio. Esto es porque; Si la traza de cobre es demasiado gruesa, la imagen grabada tendrá una gran diferencia entre la placa base y la superficie de la traza y la impresión de la máscara de soldadura será bastante difícil.. Por lo tanto, la impresión de máscara de soldadura de dos veces se usa preferiblemente. El aceite de máscara de soldadura utilizado debe ser de una calidad decente y, en algunos casos, el relleno de resina se realiza primero y luego la máscara de soldadura
3: Fabricación Mecánica:
El proceso de fabricación mecánica implica moldeado, perforación mecánica, y puntuación v, etc.. Que se deja en vía interna. Esto tiende a disminuir la fuerza eléctrica.. Por lo tanto, la fresa profesional y la fresa eléctrica deben utilizarse para la fabricación de productos de bajo volumen. Los parámetros de perforación deben ajustarse para evitar que se generen rebabas.. Esto ayudará a su fabricación mecánica..
Clasificación de PCB de aluminio
Los PCB de aluminio se dividen esencialmente en tres categorías.
1. PCB de aluminio universal: La capa dieléctrica utilizada aquí está compuesta de fibra de vidrio epoxi pre-preg.
2. PCB de aluminio de alta frecuencia: la capa dieléctrica está compuesta de poliolefina o resina de poliimida fibra de vidrio pre-preg.
3. PCB de aluminio de alta conductividad térmica: la capa dieléctrica está hecha de resina epoxi. La resina utilizada debe tener una alta conductividad térmica.
Beneficios de las placas de circuito impreso a base de aluminio
Los PCB de núcleo metálico tienen un conjunto único de ventajas en comparación con otros materiales base.
Menos costoso
El aluminio es nativo de una variedad de climas, por lo que es fácil de extraer & refinar. Esto lo hace significativamente menos costoso de extraer y refinar que otros metales.. Por extensión, Los costos de fabricación relacionados con los productos que utilizan PCB de aluminio también son menos costosos.. Los PCB de aluminio también son una alternativa menos costosa a los disipadores de calor.
Amigable con el medio ambiente
El aluminio es reciclable, metal no tóxico. Desde el productor hasta el comprador final, el uso de aluminio en los PBC contribuye a un planeta saludable.
Mejor transferencia de calor
Las altas temperaturas son la causa de graves daños en la electrónica. El aluminio conduce y transfiere el calor lejos de las partes peligrosas para minimizar el daño a la placa de circuito impreso.
Muy duradero
El aluminio es más resistente y duradero que los materiales base como la fibra de vidrio y la cerámica.. Está muy bien hecho y reduce las roturas accidentales que pueden ocurrir durante todo el proceso de fabricación., y durante la manipulación y el uso diario.
Ligero
Por su durabilidad, el aluminio es muy ligero. Agrega resistencia y fuerza a los PCB sin agregar peso adicional.
A pesar de que los proyectos de iluminación y los convertidores de energía son los mayores usuarios de PCB´s de base metálica, hay muchos usuarios diferentes. Puede beneficiarse del material de PCB con núcleo de aluminio. Todo proveedor de PCB con núcleo de aluminio debe ayudar a sus clientes a evaluar sus necesidades de aislamiento y control térmico.. Los PCB con núcleo de aluminio se utilizan clásicamente con máscara de soldadura negra o blanca.
Rendimiento de PCB de aluminio
Estabilidad dimensional
Los PCB de aluminio muestran estabilidad dimensional & tamaño estable. Por ejemplo, cuando se calientan desde 30-140 grados, sus dimensiones solo tuvieron un cambio por 2.5%-3.0%.
Disipación térmica
El rendimiento de los PCB de aluminio al disolver el calor es bastante bueno en comparación con los PCB FR4 ordinarios. Por ejemplo, un PCB FR4 de 1,5 mm de grosor tendrá una resistencia térmica de 20-22 grados por vatio, mientras que un PCB de aluminio de 1,5 mm de espesor tendrá una resistencia térmica de aproximadamente 1-2 grados por vatio.
Expansión térmica
Cada sustancia tiene su propio coeficiente de expansión térmica.. El CTE del cobre(18ppm / C) y aluminio (22ppm / C) está bastante cerca. Dado que los PCB de aluminio funcionan bien en términos de disipación térmica, no tienen problemas graves de contracción o desarrollo. Funcionan excepcionalmente y son duraderos y fiables.
Aplicaciones de PCB de aluminio
Los PCB posteriores de aluminio son perfectos para situaciones en las que los requisitos de disipación de calor térmico son muy altos.
Los PCB revestidos con aluminio son más operativos para dirigir la energía térmica lejos de los componentes de la placa de circuito impreso, por lo tanto, proporciona una mejor gestión de la temperatura para diseños de PCB. Los diseños con respaldo de aluminio pueden ser tanto como 10 veces más eficaz que los diseños con respaldo de fibra de vidrio cuando se trata de eliminar la energía térmica de los componentes de la placa de circuito. La tasa de disipación térmica mucho más alta permite implementar diseños de mayor potencia y mayor densidad.
1. Los PCB con respaldo de aluminio se utilizan más que nunca para aplicaciones de alta potencia / alta disipación de calor térmico.
Aunque fueron diseñados originalmente para aplicaciones de suministro de conmutación de alta potencia, Las placas de circuito impreso con respaldo de aluminio han ganado popularidad en aplicaciones LED., incluyendo semáforos, iluminación automotriz, e iluminación general. El uso de diseños de aluminio permite que la densidad de los LED en la estructura de la PCB sea mayor y que los LED montados funcionen a corrientes más altas mientras se mantienen dentro de las tolerancias de temperatura especificadas..
2. Los PCB con respaldo de aluminio también permiten márgenes de seguridad reducidos con LED de potencia en comparación con el diseño de PCB convencional.
La temperatura de funcionamiento más baja de los LED en el diseño significa que los LED pueden funcionar durante períodos de tiempo más largos antes de fallar.
3. Otras aplicaciones para PCB de aluminio incluyen fuentes de alimentación, circuitos de alta corriente, controladores de motor y aplicaciones automotrices.
Los materiales de PCB con núcleo de aluminio son muy operativos en aplicaciones de disipación de calor térmico que incluyen circuitos integrados de montaje en superficie de alta potencia. Debido al alto nivel de disipación térmica asociado con los PCB con respaldo de aluminio, los diseños de placa de circuito se pueden simplificar. Los PCB de aluminio eliminan el disipador de calor y el aire forzado, lo que eventualmente reduce el costo de diseño. Prácticamente cualquier diseño que pueda mejorarse mejorando la conducción térmica y el control de temperatura es un candidato para una PCB con respaldo de aluminio..
Los PCB con base de aluminio constan de una base de aluminio, mientras que los PCB tradicionales utilizan un sustrato de fibra de vidrio (FR4 es estándar), capas de circuito estándar y capas dieléctricas térmicamente conductoras (un PCB delgado adherido al respaldo de aluminio). Como resultado, las capas del circuito pueden ser tan complejas como las capas montadas en PCB de fibra tradicionales.
Los PCB con respaldo de aluminio pueden aumentar de manera confiable la vida útil y la durabilidad del diseño a través de reducciones asociadas en las tasas de falla y el control de temperatura.
Los diseños de aluminio también ofrecen bajos niveles de expansión térmica que otros diseños de PBS y una mejor estabilidad mecánica.
4. Lista completa de aplicaciones de PCB con núcleo de aluminio:
• Médico: Iluminación de quirófano, Herramientas de iluminación quirúrgica, Tecnología de escaneo de alta potencia. y convertidores de potencia.
• Consumidor: Alumbrado público, Iluminación de control de tráfico, Iluminación interior del edificio, Iluminación de paisaje, y equipo de campamento.
• Módulos de potencia: Incluyendo relés de estado sólido, convertidores, puentes y rectificadores de potencia.
• Telecomunicaciones: Incluyendo amplificadores de alta frecuencia y dispositivos de filtrado.
• Fuente de alimentación: Como reguladores de conmutación y convertidores CC / CA.
• automotriz: Incluyendo controladores de potencia. Encendiendo, y reguladores electrónicos.
• Ordenadores: Como placas de CPU, unidades de disquete y dispositivos de alimentación.
• Dispositivos de audio: como amplificadores de entrada y salida y amplificadores de potencia + Automatización de oficina, como motores y accionamientos eléctricos.
Tecnología MOKO ofrece tecnología de placa de circuito impreso de alta tecnología y es un fabricante líder de PCB con núcleo de aluminio. Utilizamos tecnología de primera línea para proporcionar PCB bien fabricados que cumplen con las rigurosas especificaciones de nuestros clientes.. Conozca más sobre nosotros si está buscando PCB de aluminio!
