Connaissez-vous bien les PCB en aluminium

Introduction au PCB en aluminium

PCB en aluminium est une carte de circuit imprimé qui contient une fine couche de matériau isolant électrique conducteur. Ils sont également connus sous le nom de base en aluminium, Habillé d'aluminium, IMS (Substrat métallique isolé), MCPCB (Carte de circuit imprimé plaquée de métal), PCB thermoconducteurs, etc. Les PCB en aluminium ont été développés dans les années 1970, peu de temps après, leur demande a considérablement augmenté. La première application était leur utilisation dans les circuits hybrides d'amplification. Actuellement, ils sont utilisés à une échelle beaucoup plus grande et il est important pour nous de connaître les PCB en aluminium et leur importance dans la communauté.

Chaque carte de circuit imprimé flexible et inflexible (PCB) la conception est différente. Il est personnalisé pour répondre à l'objectif du conseil. Il en est de même pour le matériau de base PCB, la fibre de verre est un matériau de base populaire, mais les PCB à base d'aluminium sont également très fonctionnels dans de nombreuses applications. Les PCB en aluminium sont constitués d'un stratifié recouvert de cuivre qui offre des performances élevées, à base de métal, y compris une excellente isolation électrique et conductivité thermique.

Spécifications et tolérances

Comment sont fabriqués les circuits imprimés en aluminium?

Les circuits imprimés en aluminium sont constitués de joints à base de métal recouverts de couches de circuit en feuille de cuivre. Ils sont faits de plaques d'alliage qui sont une combinaison de magnésium, aluminium et silumin (Al-Mg-Si). Les PCB en aluminium offrent un bon potentiel thermique, isolation électrique, et hautes performances d'usinage, et ils sont différents des autres PCB de nombreuses manières importantes.

Couche de base

Cette base est constituée d'un substrat en alliage d'aluminium. L'utilisation de l'aluminium fait de ce type de PCB un choix brillant pour la technologie des trous traversants qui sera discutée plus loin dans cet article.

Couches d'isolation thermique

Il s'agit d'un module d'une importance critique du PCB. Il contient un polymère céramique qui a une excellente résistance thermique, propriétés viscoélastiques et protège le PCB contre les contraintes mécaniques et thermiques.

Couche de circuits

Cette couche contient la feuille de cuivre mentionnée précédemment dans cet article. La plupart, Les fabricants de PCB utilisent des feuilles de cuivre allant d'une à dix onces.
La couche diélectrique d'isolation absorbe la chaleur lorsque le courant circule dans les circuits. Ceci est transféré à la couche d'aluminium, où la chaleur est dispersée.
Atteindre le rendement lumineux le plus élevé possible entraîne une chaleur amplifiée. Les PCB avec une résistance thermique améliorée prolongent la durée de vie de votre produit fini. Un fabricant qualifié vous fournira une atténuation de la chaleur, protection supérieure et fiabilité des pièces.

L'évolution des circuits imprimés

Les PCB sont apparentés aux systèmes de connexion électrique introduits dans les années 1850, dans lequel des bandes ou des tiges métalliques relient de gros composants électriques installés sur des bases en bois. Heures supplémentaires, les fils reliés aux bornes à vis ont remplacé les bandes métalliques et le châssis métallique utilisés à la place des bases en bois.

S'il s'agissait certainement d'avancées technologiques importantes, les systèmes étaient trop grands pour répondre au besoin croissant de petits, des conceptions plus compactes exigeaient des sous-produits utilisant des cartes de circuits imprimés.

Cette demande a inspiré Charles Ducas des États-Unis pour développer un pochoir avec des encres conductrices qui pourraient « imprimer » des chemins électriques directement sur des surfaces isolées. Il a déposé un brevet sur le procédé en 1925, donnant naissance aux expressions « câblage imprimé » et « circuit imprimé ».

1943 vu le développement et le brevetage d'une méthode pour graver des motifs conducteurs (circuits) sur une couche de feuille de cuivre, qui a été fusionné à un matériau de base non conducteur renforcé de verre. La technique, développé par Paul Eisler du Royaume-Uni, a gagné en popularité dans les années 1950 avec l'avènement des transistors à usage commercial. Jusqu'à ce moment là, les tubes à vide et autres composants étaient si gros que seules les méthodes de montage et de câblage traditionnelles étaient nécessaires.

Les transistors ont tout changé, toutefois – la taille des composants a considérablement diminué, et les fabricants voulaient réduire la taille globale de leurs boîtiers électroniques en passant aux PCB.

L'introduction de la technologie des trous traversants et son utilisation dans PCB multicouches dans les années 1960 a entraîné une augmentation de la densité des composants et des chemins électriques étroitement espacés et a commencé une nouvelle ère dans Conception de PCB. Dans les années 1970, les puces de circuits intégrés deviennent fondamentales pour la conception de cartes de circuits imprimés

Structure de PC en aluminiumBs

Les PCB en aluminium sont en fait assez similaires aux Circuits imprimés FR4. La structure de base des PCB en aluminium est de quatre couches. Il se compose d'une couche diélectrique, feuille de cuivre, une couche de base en aluminium, et une membrane de base en aluminium.

• Couche de feuille de cuivre

La couche de cuivre utilisée est relativement plus épaisse que les CCL normales (1oz à 10 oz). Une couche de cuivre plus épaisse signifie une plus grande capacité de transport de courant.

• Couche diélectrique

La couche diélectrique est une couche thermiquement conductrice et mesure environ 50 micromètres à 200 micromètres d'épaisseur. Il a une faible résistance thermique et convient à son application.

• Base en aluminium

Cette troisième couche est la base en aluminium qui est composée d'un substrat en aluminium. Il a une conductivité thermique élevée. Couche de membrane de base en aluminium

La membrane de base en aluminium est sélective. Il joue un rôle défensif en protégeant l'extérieur en aluminium des gravures et grattages indésirables. Il est de deux types, c'est-à-dire. environ 250 degrés ou moins que 120 degrés (anti-haute température)

Types de PCB en aluminium

Les fabricants de LED et de convertisseurs de puissance sont jusqu'à présent les plus gros utilisateurs de PCB en aluminium. pourtant, fréquence radio (RF) et les constructeurs automobiles utilisent également ce type de circuit imprimé. La construction monocouche est plus courante car elle est simple, mais il existe d'autres configurations proposées.

PCB flexibles en aluminium

Les diélectriques flexibles sont un nouveau développement dans le substrat métallique isolé (IMS) matériaux. Les matériaux contiennent des charges céramiques et de la résine polyimide et offrent une meilleure isolation électrique, conductivité thermique, et flexibilité. Lorsqu'il est utilisé avec des matériaux en aluminium flexibles (tel que 5754), le PCB peut être incliné et formé pour éliminer les éléments coûteux tels que les câbles, agencements, et connecteurs. Bien que les matériaux soient flexibles mais conçus pour se plier et rester en place pour toujours. Ils ne sont pas destinés aux applications qui nécessitent que les matériaux fléchissent fréquemment.

Hybride PCB en aluminium

Avec le PCB hybride en aluminium, un matériau non thermique est géré et fusionné thermiquement au matériau de base en aluminium. Normalement, une carte de circuit imprimé à deux ou quatre couches en FR-4 droit est utilisée. La fusion de cette couche à la base en aluminium avec des diélectriques thermiques dissout la chaleur, agit comme un bouclier thermique et augmente la rigidité. Les autres avantages d'un PCB hybride en aluminium comprennent:

• Meilleures performances thermiques par rapport aux produits FR-4 standard

• Construction moins chère par rapport aux PCB faits de tous les matériaux thermiquement conducteurs.

• Élimine les étapes d'assemblage associées et les dissipateurs thermiques coûteux.

• Assez utile pour être utilisé dans les applications RF, où les caractéristiques perdues peuvent être améliorées par une couche de surface de PTFE

• Meilleur acte thermique par rapport aux produits FR-4 standard

PCB en aluminium traversant

Dans des structures très complexes, une seule couche d'aluminium peut former le noyau central d'une structure thermique à plusieurs côtés. Dans PCB traversant, l'aluminium est pré-percé et le trou est rempli de diélectrique avant le processus de stratification. Suivant, matériaux thermiques (ou sous-ensembles) sont laminés des deux côtés de l'aluminium avec des matériaux de liaison thermique. Après laminage, l'ensemble est percé d'une manière similaire à un PCB multicouche, et les trous traversants plaqués sont ensuite passés à travers les dégagements dans l'aluminium pour fournir une isolation électrique.

Difficultés de fabrication des PCB en aluminium

Le processus de fabrication des PCB presque entièrement en aluminium est fondamentalement le même. Nous aborderons ici les principaux procédés de fabrication, les problèmes et leurs solutions.

1: Eau-forte sur cuivre

La feuille de cuivre utilisée dans les PCB en aluminium est modérément plus épaisse. Si la feuille de cuivre est plus de 3 oz cependant, la gravure nécessite un tassement en largeur. Si ce n'est pas selon la demande de la conception, la largeur de trace sera hors tolérance après gravure. C'est pourquoi la compensation de largeur de trace doit être conçue avec précision. Les facteurs de gravure doivent être contrôlés pendant le processus de fabrication.

2: Impression de masque de soudure

En raison de la feuille de cuivre épaisse, il y a une difficulté dans l'impression de masque de soudure de PCB en aluminium. Ceci est dû au fait; si la trace de cuivre est trop épaisse, l'image gravée aura une grande différence entre le panneau de base et la surface de la trace et l'impression du masque de soudure sera assez difficile. Donc, l'impression de masque de soudure en deux temps est utilisée de préférence. L'huile de masque de soudure utilisée doit être de bonne qualité et dans certains cas, le remplissage de résine se fait d'abord puis le masque de soudure

3: Fabrication mécanique:

Le processus de fabrication mécanique implique le moulage, perçage mécanique, et v-scoring, etc. Qui est laissé sur via interne. Cela tend à diminuer la force électrique. Donc, la fraise professionnelle et la fraise électrique doivent être utilisées pour la fabrication de produits à faible volume. Les paramètres de perçage doivent être ajustés pour éviter la génération de bavures. Cela aidera votre fabrication mécanique.

Classification des PCB en aluminium

Les PCB en aluminium sont essentiellement divisés en trois catégories.

1. PCB universel en aluminium: la couche diélectrique utilisée ici est constituée de fibre de verre époxy pré-imprégné.

2. PCB en aluminium haute fréquence: la couche diélectrique est composée d'un pré-imprégné de fibres de verre en résine polyoléfinique ou polyimide.

3. PCB en aluminium à haute conductivité thermique: la couche diélectrique est constituée de résine époxy. La résine utilisée doit avoir une conductivité thermique élevée

Avantages des circuits imprimés à base d'aluminium

Les PCB à noyau métallique présentent un ensemble unique d'avantages par rapport aux autres matériaux de base.

Moins cher

L'aluminium est originaire d'une variété de climats, il est donc facile à extraire & affiner. Cela le rend beaucoup moins coûteux à extraire et à raffiner que d'autres métaux. Par extension, les coûts de fabrication liés aux produits utilisant des PCB en aluminium sont également moins chers. Les PCB en aluminium sont également une alternative moins coûteuse aux dissipateurs thermiques.

Respectueux de l'environnement

L'aluminium est un matériau recyclable, métal non toxique. Du producteur à l'acheteur final, l'utilisation de l'aluminium dans les PBC contribue à une planète saine.

Meilleur transfert de chaleur

Les températures élevées sont la cause de graves dommages à l'électronique. L'aluminium conduit et transfère la chaleur des pièces dangereuses pour minimiser les dommages à la carte de circuit imprimé.

Très résistant

L'aluminium est plus résistant et plus durable que les matériaux de base comme la fibre de verre et la céramique. Il est de très bonne facture et réduit les casses accidentelles qui peuvent survenir tout au long du processus de fabrication, et pendant la manipulation et l'utilisation quotidienne.

Poids léger

En raison de sa durabilité, l'aluminium est très léger. Il ajoute de la résilience et de la résistance aux PCB sans ajouter de poids supplémentaire.

Même si les projets d'éclairage et les convertisseurs de puissance sont les plus grands utilisateurs de PCB à base de métal, il y a beaucoup d'utilisateurs différents. Il peut bénéficier du matériau PCB à noyau en aluminium. Chaque fournisseur de circuits imprimés à noyau en aluminium devrait aider ses clients à évaluer leurs besoins en matière d'isolation et de contrôle thermique. Les PCB à noyau en aluminium sont classiquement utilisés avec un masque de soudure noir ou blanc.

Performances des PCB en aluminium

Stabilité dimensionnelle

Les PCB en aluminium présentent une stabilité dimensionnelle & taille stable. Par exemple, lorsqu'ils sont chauffés de 30-140 degrés, leurs dimensions n'ont changé que de 2.5%-3.0%.

Dissipation thermique

Les performances des PCB en aluminium lors de la dissolution de la chaleur sont assez bonnes par rapport aux PCB FR4 ordinaires. Par exemple, un PCB FR4 de 1,5 mm d'épaisseur aura une résistance thermique de 20-22 degrés par watt tandis qu'un PCB en aluminium de 1,5 mm d'épaisseur aura une résistance thermique d'environ 1-2 degrés par watt.

Dilatation thermique

Chaque substance a son propre coefficient de dilatation thermique. Le CTE du cuivre(18ppm/C) et aluminium (22ppm/C) est assez proche. Étant donné que les PCB en aluminium fonctionnent bien en termes de dissipation thermique, ils n'ont pas de problèmes graves de contraction ou de développement. Ils fonctionnent exceptionnellement et sont durables et fiables.

Applications de circuits imprimés en aluminium

Les circuits imprimés à dos en aluminium sont parfaits pour les situations où les exigences de dissipation thermique de la chaleur sont très élevées.

Les circuits imprimés recouverts d'aluminium sont plus efficaces pour éloigner l'énergie thermique des composants de la carte de circuit imprimé, par conséquent, il offre une meilleure gestion de la température pour les conceptions de PCB. Les conceptions à dos d'aluminium peuvent être autant que 10 fois plus efficace que les conceptions à base de fibre de verre lorsqu'il s'agit d'éliminer l'énergie thermique des composants de la carte de circuit imprimé. Le taux de dissipation thermique beaucoup plus élevé permet de mettre en œuvre des conceptions de puissance et de densité plus élevées.

1. Les circuits imprimés à base d'aluminium sont plus que jamais utilisés pour les applications de dissipation thermique haute puissance/haute chaleur.

Bien qu'ils aient été conçus à l'origine pour des applications d'alimentation à découpage haute puissance, les cartes de circuits imprimés à support aluminium ont gagné en popularité dans les applications LED, y compris les feux de circulation, éclairage automobile, et éclairage général. L'utilisation de conceptions en aluminium permet à la densité des LED dans la structure du PCB d'être plus élevée et aux LED montées de fonctionner à des courants plus élevés tout en restant dans les tolérances de température spécifiées.

2. Les circuits imprimés à base d'aluminium permettent également des marges de sécurité réduites avec les LED de puissance par rapport à la conception de circuits imprimés conventionnels.

La température de fonctionnement inférieure des LED dans la conception signifie que les LED peuvent fonctionner pendant de plus longues périodes avant de tomber en panne.

3. D'autres applications pour les circuits imprimés en aluminium incluent les alimentations, circuits à haute intensité, contrôleurs de moteur et applications automobiles.

Les matériaux PCB à noyau en aluminium sont très efficaces dans les applications de dissipation thermique thermique qui incluent des circuits intégrés à montage en surface haute puissance. En raison du niveau élevé de dissipation thermique associé aux PCB à base d'aluminium, les conceptions de circuits imprimés peuvent être simplifiées. Les PCB en aluminium éliminent la dissipation de chaleur et l'air forcé, ce qui réduit finalement le coût de conception. À peu près n'importe quelle conception qui peut être améliorée en améliorant la conduction thermique et le contrôle de la température est un candidat pour un PCB à dos d'aluminium.

Les PCB à base d'aluminium sont constitués d'un support en aluminium alors que les PCB traditionnels utilisent un substrat en fibre de verre (FR4 est standard), couches de circuit standard et couches diélectriques thermoconductrices (un PCB mince collé au support en aluminium). Par conséquent, les couches de circuit peuvent être tout aussi complexes que les couches montées sur des circuits imprimés à fibre traditionnels.

Les PCB à base d'aluminium peuvent augmenter de manière fiable la durée de conservation et la durabilité de la conception grâce à des réductions associées des taux de défaillance et du contrôle de la température.

Les conceptions en aluminium offrent également de faibles niveaux de dilatation thermique par rapport aux autres conceptions en PBS et une meilleure stabilité mécanique.

4. Liste complète des applications de circuits imprimés à noyau en aluminium:

• Médical: Eclairage du bloc opératoire, Outils d'éclairage chirurgical, Technologie de numérisation haute puissance. et convertisseurs de puissance.

• Consommateur: l'éclairage des rues, Éclairage de contrôle de la circulation, Lumières d'intérieur de bâtiment, Éclairage paysager, et matériel de camping.

• Modules d'alimentation: Y compris les relais à semi-conducteurs, convertisseurs, ponts et redresseurs de puissance.

• Télécommunications: Y compris les amplificateurs haute fréquence et les appareils de filtrage.

• Source de courant: Tels que les régulateurs à découpage et les convertisseurs DC/AC.

• Automobile: Y compris les contrôleurs de puissance. éclairage, et régulateurs électroniques.

• Des ordinateurs: Comme les cartes CPU, lecteurs de disquettes et périphériques d'alimentation.

• Périphériques audio: tels que les amplificateurs d'entrée et de sortie et les amplificateurs de puissance + Office Automation, tels que les moteurs électriques et les entraînements.

Technologie MOKO fournit une technologie de carte de circuit imprimé de haute technologie et est l'un des principaux fabricants de circuits imprimés à noyau d'aluminium. Nous utilisons une technologie de pointe pour fournir des circuits imprimés bien fabriqués qui répondent aux spécifications rigoureuses de nos clients. Apprenez à mieux nous connaître si vous recherchez un PCB en aluminium!