アルミPCB入門
アルミPCB 導電性電気絶縁体材料の薄層を含むプリント回路基板です。. それらはアルミニウムベースとしても知られています, アルミクラッド, IMS (絶縁金属基板), MCPCB (金属被覆プリント回路基板), 熱伝導性PCB, 等. アルミニウムPCBは1970年代に開発されました, その後すぐに彼らの需要は劇的に増加しました. 最初のアプリケーションは、増幅ハイブリッド回路での使用でした. 現在, それらははるかに大規模に使用されており、アルミニウムPCBとコミュニティでのそれらの重要性について知ることが重要です。.
すべての柔軟で曲がらないプリント回路基板 (PCB) デザインが違います. 取締役会の目的に合わせてカスタマイズされています. PCBベース材料についても同じことが言えます, グラスファイバーは人気のあるベース素材です, しかし、アルミニウムベースのPCBは、多くのアプリケーションでも非常に機能します. アルミニウムPCBは、高性能を実現する銅張りラミネートで構成されています, 金属ベース, 優れた電気絶縁性と熱伝導性を含む.
仕様と公差
| 外層トレース / スペース | .003″ / .004″ | |
| 内層トレース / スペース | .003″ / .004″ | |
| 最小ドリル穴 | .0059″ | |
| 標準のドリル穴 | .010″ | |
| ドリルアスペクト比 | 15:1 | |
| 最小パッドサイズ | .008″ | |
| エッジへの最小機能 | .010″ | |
| 最小コア厚さ | .002″ | |
| 制御された深さの掘削 | はい | |
| シーケンシャルラミネーション | はい |
アルミPCBはどのように作られていますか?
アルミニウムプリント回路基板は、銅箔回路層で覆われた金属ベースのシールで構成されています. それらはマグネシウムの組み合わせである合金板でできています, アルミニウムとシルミン (Al-Mg-Si). アルミニウムPCBは優れた熱ポテンシャルを提供します, 電気絶縁, 高い加工性能, そしてそれらは多くの重要な点で他のPCBとは異なります.
ベースレイヤー
このベースはアルミニウム合金基板で構成されています. アルミニウムを使用することで、このタイプのPCBは、この記事の後半で説明するスルーホール技術の優れた選択肢になります。.
断熱層
これはPCBの非常に重要なモジュールです. 耐熱性に優れたセラミックポリマーを配合, 粘弾性特性を備え、機械的および熱的ストレスからPCBを保護します.
回路層
この層には、この記事で前述した銅箔が含まれています. 主に, PCBメーカーは、1〜10オンスの銅箔を使用しています.
絶縁体の誘電体層は、電流が回路を流れるときに熱を吸収します. これはそれをアルミニウム層に移します, 熱が分散する場所.
可能な限り最高の光出力を達成すると、熱が増幅されます. 耐熱性が向上したPCBは、完成品の寿命を延ばします. 熟練したメーカーが熱の軽減を提供します, 優れた保護と部品の信頼性.
プリント基板の進化
PCBは、1850年代に導入された電気接続システムに関連しています。, 金属のストリップまたはロッドが木製のベースに取り付けられた大きな電気部品を接続している. 時間とともに, ネジ留め式端子に接続されたワイヤーが、木製のベースの代わりに使用されていた金属ストリップと金属シャーシに取って代わりました.
これらは間違いなく重要な技術的進歩でしたが, システムが大きすぎて、より小さなニーズの高まりに対応できませんでした, よりコンパクトな設計には、回路基板を使用した副産物が必要でした.
この需要により、米国のCharles Ducasは、絶縁された表面に直接電気経路を「印刷」できる導電性インクを使用したステンシルを開発するようになりました。. 彼はプロセスに関する特許を提出しました 1925, 「プリント配線」と「プリント回路」というフレーズを生み出します。
1943 導電性パターンをエッチングする方法の開発と特許取得を見た (回路) 銅箔の層に, ガラスで補強された非導電性の母材に融着された. テクニック, イギリスのPaulEislerによって開発されました, 商用利用のためのトランジスタの出現により、1950年代に広く普及しました。. その時間まで, 真空管やその他のコンポーネントは非常に大きいため、従来の取り付け方法と配線方法のみが必要でした。.
トランジスタはすべてを変えました, しかしながら – コンポーネントのサイズが大幅に縮小, 製造業者は、PCBに切り替えることで、電子パッケージの全体的なサイズを縮小したいと考えていました。.
スルーホール技術の導入とその使用 多層PCB 1960 年代に、コンポーネント密度が増加し、電気経路が密集し、新しい時代が始まりました。 PCBデザイン. 1970年代に, 集積回路チップは、プリント回路基板設計の基礎になります
アルミPCの構造Bs
アルミニウム PCB は、実際には非常によく似ています。 FR4 PCB. アルミPCBの基本構造は4層です. 誘電体層で構成されています, 銅箔, アルミニウムベース層, とアルミニウム基底膜.
•銅箔層
使用される銅層は通常のCCLよりも比較的厚いです (1オンスから10オンス). 銅の層が厚いほど、電流容量が大きくなります.
•誘電体層
誘電体層は熱伝導層であり、厚さは約50マイクロメートルから200マイクロメートルです。. 熱抵抗が低く、用途に適しています.
•アルミベース
この第3層は、アルミニウム基板で構成されたアルミニウムベースです。. 熱伝導率が高い. アルミニウム基底膜層
アルミニウム基底膜は選択的です. アルミニウムの外装を不要なエッチングや擦り傷から保護することにより、防御的な役割を果たします。. それは2つのタイプです、すなわち. その周り 250 度以下 120 度 (反高温)
アルミPCBの種類
LEDおよび電力変換会社はこれまでのところアルミニウムPCBの最大のユーザーです. しかしながら, 無線周波数 (RF) 自動車会社もこのタイプのプリント回路基板を利用しています. 単層構造はシンプルであるため、より一般的です, しかし、提供されている他の構成があります.
柔軟なアルミニウムPCB
柔軟な誘電体は、絶縁金属基板の新たな開発です (IMS) 材料. 材料はセラミックフィラーとポリイミド樹脂を特徴とし、より優れた電気絶縁を提供します, 熱伝導率, と柔軟性. 柔軟なアルミニウム素材で使用する場合 (といった 5754), PCBは、ケーブルなどの高価なアイテムを排除するために角度を付けて形成することができます, 備品, およびコネクタ. 素材は柔軟ですが、曲がって永久に固定されるように設計されていますが. 材料が頻繁に曲がる必要があるアプリケーション向けではありません.
ハイブリッド アルミPCB
ハイブリッドアルミPCBを使用, 非熱材料が管理され、アルミニウムベース材料に熱融着されます. 通常は, ストレートFR-4で作られた2層または4層の回路基板が使用されます. この層を熱誘電体でアルミニウムベースに融合すると、熱が溶解します, 熱シールドとして機能し、柔軟性を高めます. ハイブリッドアルミニウムPCBのその他の利点は次のとおりです。:
•• 標準のFR-4製品と比較して優れた熱性能
•• すべての熱伝導性材料で作られたPCBと比較して安価な構造.
•• 関連する組み立て手順とコストのかかるヒートシンクを排除します.
•• RFアプリケーションで使用するのに十分便利, 失われた機能は、PTFEの表面海苔によって強化できます。
•• 標準のFR-4製品と比較して優れた熱作用
スルーホールアルミニウムPCB
非常に複雑な構造で, アルミニウムの単層は、多面的な熱構造の中心コアを形成できます. スルーホールPCB内, ラミネーションプロセスの前に、アルミニウムは事前に穴あけされ、穴は誘電体で埋め戻されます. 次, 熱材料 (またはサブアセンブリ) 熱接着材でアルミニウムの両面にラミネートされています. ラミネーション後, アセンブリは、多層PCBと同様の方法でスルードリルされます, 次に、メッキされたスルーホールをアルミニウムの隙間に通して、電気絶縁を提供します.
アルミPCBの製造上の難しさ
ほぼすべてのアルミニウムPCBの製造プロセスは基本的に同じです. ここでは、主な製造プロセスについて説明します, 問題とその解決策.
1: 銅エッチング
アルミPCBに使用されている銅箔は適度に厚いです. ただし、銅箔が3オンスを超える場合, エッチングには幅の調整が必要です. 設計の要求に従わない場合, エッチング後のトレース幅は許容範囲外になります. そのため、トレース幅の補正は正確に設計する必要があります. エッチング係数は、製造プロセス中に制御する必要があります.
2: ソルダーマスク印刷
厚い銅箔のため, アルミ基板のソルダーマスク印刷が難しい. それの訳は; トレース銅が厚すぎると、エッチングされた画像はベースボードとトレース表面の間に大きな違いがあり、ソルダーマスクの印刷は非常に困難になります. したがって, 2回のソルダーマスク印刷を使用することが好ましい. 使用するソルダーマスクオイルは、適切な品質である必要があり、場合によっては, 樹脂の充填が最初に行われ、次にソルダーマスクが行われます
3: 機械製造:
機械的製造プロセスには成形が含まれます, 機械的掘削, およびvスコアリング, 等. これは内部経由で残されます. これは電気強度を低下させる傾向があります. したがって, 製品の少量生産には、プロのフライスカッターと電気フライスを使用する必要があります. バリの発生を防ぐために、掘削パラメータを調整する必要があります. これはあなたの機械製造に役立ちます.
アルミニウムPCBの分類
アルミPCBは基本的に3つのカテゴリーに分けられます.
1. ユニバーサルアルミニウムPCB: ここで使用されている誘電体層は、エポキシガラス繊維プリプレグで構成されています.
2. 高周波アルミPCB: 誘電体層は、ポリオレフィンまたはポリイミド樹脂ガラス繊維プリプレグで構成されています.
3. 高熱伝導性アルミニウムPCB: 誘電体海苔はエポキシ樹脂でできています. 使用する樹脂は熱伝導率が高いものでなければなりません
アルミニウムベースのプリント回路基板の利点
メタルコアPCBには、他のベース材料と比較して独自の利点があります。.
より安価な
アルミニウムはさまざまな気候に固有であるため、採掘が簡単です & リファイン. これにより、他の金属よりも採掘と精製のコストが大幅に削減されます. 拡張によって, アルミニウムPCBを使用した製品に関連する製造コストも安価です. アルミニウムPCBは、ヒートシンクに代わる安価な代替品でもあります.
環境にやさしい
アルミニウムはリサイクル可能です, 無毒の金属. 生産者から最終購入者まで, PBCでアルミニウムを使用することは健康な惑星に貢献します.
より良い熱伝達
高温は電子機器に大きな損傷を与える理由です. アルミニウムは、危険な部品から熱を伝導および伝達して、プリント回路基板への損傷を最小限に抑えます.
非常に耐久性があります
アルミニウムは、グラスファイバーやセラミックなどのベース材料よりも丈夫で耐久性があります. それは非常によくできており、製造プロセス全体で発生する可能性のある偶発的な破損を減らします, 取り扱い中および日常の使用中.
軽量
その耐久性のため, アルミニウムは非常に軽量です. 重量を増やすことなく、PCBに弾力性と強度を追加します.
照明プロジェクトと電力変換器は金属ベースのPCBの最大のユーザーですが, 多くの異なるユーザーがいます. アルミニウムコアPCB材料の恩恵を受ける可能性があります. すべてのアルミニウムコアPCBサプライヤーは、顧客が断熱と熱制御のニーズを評価するのを支援する必要があります. アルミニウムコアPCBは、古典的に黒または白のソルダーマスクで使用されます.
アルミニウムPCBの性能
寸法安定性
アルミニウムPCBは寸法安定性を示します & 安定したサイズ. 例えば, 彼らがから加熱されたとき 30-140 度, それらの寸法はによってのみ変更されました 2.5%-3.0%.
熱放散
熱を溶かしながらのアルミニウムPCBの性能は、通常のFR4PCBと比較して非常に優れています。. 例えば, 厚さ1.5mmのFR4PCBの熱抵抗は 20-22 ワットあたりの度数、厚さ1.5mmのアルミニウムPCBの熱抵抗は約 1-2 ワットあたりの度.
熱膨張
すべての物質には独自の熱膨張係数があります. 銅のCTE(18ppm / C) とアルミニウム (22ppm / C) かなり近いです. アルミニウムPCBは熱放散の点でうまく機能するので, 深刻な収縮や発達の問題はありません. それらは並外れて機能し、耐久性と信頼性があります.
アルミニウムPCBアプリケーション
アルミバックPCBは、熱放散要件が非常に高い状況に最適です.
アルミニウムで覆われたPCBは、プリント回路基板コンポーネントから熱エネルギーを遠ざけるのにより効果的です。, したがって、, PCB設計の温度管理を改善します. アルミニウムで裏打ちされたデザインは、 10 回路基板コンポーネントから熱エネルギーを除去することに関しては、グラスファイバーで裏打ちされた設計よりも何倍も効果的です. はるかに高い熱放散率により、より高い電力とより高密度の設計を実装できます.
1. アルミニウムで裏打ちされたPCBは、高出力/高熱放散のアプリケーションにこれまで以上に使用されています.
それらはもともと高電力スイッチング電源アプリケーション用に設計されましたが, アルミニウムで裏打ちされたプリント回路基板は、LEDアプリケーションで人気を博しています, 信号機を含む, 自動車照明, および一般照明. アルミニウム設計を使用することで、PCB構造内のLEDの密度を高め、取り付けられたLEDを、指定された温度許容範囲内に保ちながら、より高い電流で動作させることができます。.
2. アルミニウムで裏打ちされたPCBは、従来のPCB設計と比較して、パワーLEDの安全マージンを減らすこともできます。.
設計におけるLEDの動作温度が低いということは、LEDが故障する前に長時間動作できることを意味します.
3. アルミニウムPCBの他の用途には、電源が含まれます, 大電流回路, モーターコントローラーと自動車用途.
アルミニウムコアPCB材料は、高出力表面実装集積回路を含む熱放散アプリケーションで非常に機能します. アルミニウムで裏打ちされたPCBに関連する高レベルの熱放散のため, 回路基板の設計を簡素化できます. アルミニウムPCBは、ヒートシンクと強制空気を排除します, 最終的には設計コストを削減します. 熱伝導と温度制御を改善することで改善できるほぼすべての設計が、アルミニウムで裏打ちされたPCBの候補です。.
アルミニウムベースのPCBはアルミニウムの裏打ちで構成されていますが、従来のPCBはグラスファイバー基板を使用しています (FR4が標準です), 標準回路層と熱伝導性誘電体層 (アルミニウムの裏地に接着された薄いPCB). 結果として, 回路層は、従来のファイバーPCBに取り付けられた層と同じくらい複雑になる可能性があります.
アルミニウムで裏打ちされたPCBは、故障率と温度制御の関連する削減を通じて、設計の貯蔵寿命と耐久性を確実に向上させることができます.
アルミニウム設計は、他のPBS設計よりも低い熱膨張レベルと優れた機械的安定性も提供します.
4. アルミニウムコアPCBアプリケーションの完全なリスト:
• 医学: 手術室の照明, 外科用照明ツール, ハイパワースキャンテクノロジー. および電力変換器.
• 消費者: 街路照明, 交通管制照明, インテリアビルライト, 景観照明, とキャンプ用品.
•パワーモジュール: ソリッドステートリレーを含む, コンバーター, ブリッジと電力整流器.
•電気通信: 高周波増幅器とフィルタリング機器を含む.
• 電源: スイッチングレギュレータやDC / ACコンバータなど.
•自動車: 電源コントローラーを含む. 点灯, および電子レギュレーター.
•コンピューター: CPUボードなど, フロッピードライブとパワーデバイス.
•オーディオデバイス: 入出力アンプやパワーアンプ+オフィスオートメーションなど, 電気モーターやドライブなど.
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