Aluminum PCBs are one of the most popular metal core PCBs, which can be found in versatile applications. They have metal base and copper-clad laminates that offer excellent thermal conductivity and electric insulation. In deze blog, we will discuss this critical PCB type in details, including its structure, manufacturing process, en toepassingen. Keep reading to learn more.
What Is an Aluminum PCB?
An Aluminum PCB, also referred to as an Aluminum Base PCB, Aluminum Clad PCB, or IMS (Geïsoleerde metalen ondergrond) PCB. It is a type of printed circuit board that uses an aluminum base layer instead of the traditional FR4 fiberglass material. It usually has a thick aluminum substrate, over which is a thermally conductive but electrically insulating dielectric layer upon which is disposed a copper layer used for circuit traces. The unique construction of aluminum circuit boards allows them to be very effective at heat dissipation, and therefore, they’re perfect for high power applications and other types of boards that generate a lot of heat, such as LED lighting systems, voedingen, en auto-elektronica.
Structuur van aluminium pcBs
Aluminium PCB's zijn eigenlijk vrij gelijkaardig aan FR4-printplaten. De basisstructuur van aluminium PCB's is vier lagen. Het bestaat uit een diëlektrische laag, koperfolie, een aluminium basislaag, en een aluminium basismembraan.
• Koperfolielaag
De gebruikte koperlaag is relatief dikker dan normale CCL's (1oz tot 10oz). Een dikkere laag koper betekent een grotere stroombelastbaarheid.
• Diëlektrische laag
De diëlektrische laag is een warmtegeleidende laag en is ongeveer 50 micrometer tot 200 micrometer dik. Het heeft een lage thermische weerstand en is geschikt voor zijn toepassing.
• Aluminium basis
Deze derde laag is de aluminium basis die is opgebouwd uit aluminium substraat. Het heeft een hoge thermische geleidbaarheid.
• Aluminum Base Membrane Layer
Het aluminium basismembraan is selectief. Het speelt een verdedigende rol door de aluminium buitenkant te beschermen tegen ongewenst etsen en schrapen. Het is van twee soorten, d.w.z.. in de omgeving van 250 graden of lager dan 120 graden (anti-hoge temperatuur)
Aluminum PCB Manufacturing Process: A Step-by-step Guide
Stap 1: Ontwerp en techniek
CAD software is used by Engineers to create PCB layouts which are then turned into Gerber-bestanden that contain complete circuit specifications.
Stap 2: Base Material Selection
Choose appropriate aluminum alloys like 5052, 6061, of 7075 and clean the PCB surface very clean to eliminate the dirt and the oil so as to enlarge the bonding.
Stap 3: Dielectric Layer Application
We then cover the aluminum surface with a layer of about 50 – 200 micrometers thick, the layer is thermally conductive, but electrically insulating.
Stap 4: Copper Foil Lamination
High-quality copper foil is bonded to the dielectric layer at 150-180°C under controlled pressure.
Stap 5: Imaging and Etching
The copper layer undergoes photoresist coating, UV exposure, and chemical etching to create the circuit pattern.
Stap 6: Surface Protection
Circuits are then protected with a protective solder mask and components marked with a silkscreen printing.
Stap 7: Mechanical Processing
The aluminum board undergoes precision drilling, hole plating, and panel separation into individual units.
Stap 8: Quality Testing
All boards are tested by automatically operated inspection systems for electrical continuity, thermal resistance and dimensional accuracy.
Productiemoeilijkheden van aluminium PCB's
Het fabricageproces voor vrijwel volledig aluminium printplaten is in principe hetzelfde. Hier bespreken we de belangrijkste fabricageprocessen, de problemen en hun oplossingen.
1: Koper etsen
De koperfolie die wordt gebruikt in aluminium PCB's is matig dikker. Als de koperfolie echter meer dan 3 oz is, het etsen vereist verrekening in de breedte. Als het niet volgens de vraag van het ontwerp is, de spoorbreedte valt buiten de tolerantie na het etsen. Daarom moet de spoorbreedtecompensatie nauwkeurig worden ontworpen. De etsfactoren moeten tijdens het fabricageproces worden gecontroleerd.
2: Soldeermasker afdrukken
Door dikke koperfolie, er is een probleem bij het soldeermasker printen van aluminium PCB's. Dit is zo omdat; if the trace copper is too thick, then the image etched will have a large difference between base board and trace surface, and solder mask printing will be quite difficult. Daarom, bij voorkeur wordt de tweevoudige soldeermaskerprint gebruikt. De gebruikte soldeermaskerolie moet van behoorlijke kwaliteit zijn en in sommige gevallen, de harsvulling wordt eerst gedaan en vervolgens het masker gesoldeerd
3: Mechanische fabricage:
Het mechanische fabricageproces omvat gieten, mechanisch boren, en v-scoren, enzovoort. Die blijft op interne via. Dit heeft de neiging om de elektrische sterkte te verminderen. Daarom, De professionele frees en elektrische frees moeten worden gebruikt voor de productie van producten in kleine volumes. De boorparameters moeten worden aangepast om te voorkomen dat er braam ontstaat. Dit zal uw mechanische productie helpen.
Voordelen van op aluminium gebaseerde printplaten
PCB's met een metalen kern hebben een aantal unieke voordelen ten opzichte van andere basismaterialen.
- Vriendelijk voor de omgeving
Aluminium is recyclebaar, niet-giftig metaal. Van de producent tot en met de eindafnemer, using aluminum in PCBs contributes to a healthy planet.
- Betere warmteoverdracht
Hoge temperaturen zijn de oorzaak van zware schade aan elektronica. Aluminium geleidt en voert warmte af van gevaarlijke onderdelen om schade aan de printplaat te minimaliseren.
- Zeer duurzaam
Aluminium is taaier en duurzamer dan basismaterialen zoals glasvezel en keramiek. Het is zeer goed gemaakt en vermindert onbedoelde breuken die tijdens het fabricageproces kunnen optreden, en tijdens hantering en dagelijks gebruik.
- Lichtgewicht
The aluminum material itself is very lightweight. It adds durability and strength to PCBs without adding additional weight.
Prestaties van aluminium printplaten
Dimensionale stabiliteit
Aluminium printplaten vertonen maatvastheid & regelmatige grootte. Bijvoorbeeld, wanneer ze worden verwarmd van 30-140 graden, hun afmetingen veranderden pas door 2.5%-3.0%.
Thermische dissipatie
The thermal dissipation performance of aluminum PCBs is quite well as compared to ordinary FR4 PCBs. Bijvoorbeeld, een FR4-printplaat met een dikte van 1,5 mm heeft een thermische weerstand van 20-22 graden per watt, terwijl een aluminium PCB met een dikte van 1,5 mm een thermische weerstand heeft van ongeveer 1-2 graden per watt.
Thermische uitzetting
Elke stof heeft zijn eigen thermische uitzettingscoëfficiënt. De CTE van koper(18ppm / C) en aluminium (22ppm / C) is redelijk dichtbij. Since aluminum PCBs excel in thermal dissipation, they do not experience significant contraction or expansion issues. They are highly durable, betrouwbaar, and perform exceptionally well.
Aluminium PCB-toepassingen
Here is a list of common aluminum core PCB applications:
• Medisch: Verlichting operatiekamer, Chirurgische verlichtingstools, Krachtige scantechnologie. en stroomomzetters.
• Klant: straatverlichting, Verkeersregelverlichting, Binnenverlichting van gebouwen, Landschapsverlichting, en kampeerspullen.
• Voedingsmodules: Inclusief solid-state relais, converters, bruggen en gelijkrichters.
• Telecommunicatie: Inclusief hoogfrequente versterkers en filterapparatuur.
• Stroomvoorziening: Zoals schakelende regelaars en DC / AC-omvormers.
• Automobiel: Inclusief vermogensregelaars. verlichting, en elektronische regelgevers.
• Computers: Zoals CPU-kaarten, floppy drives en power devices.
• Audio-apparaten: zoals in- en uitgangsversterkers en eindversterkers + Office Automation, zoals elektromotoren en aandrijvingen.
MOKO-technologie: A Reliable Aluminum PCB Manufacturer
MOKO Technology is a trusted and innovative manufacturer specializing in high-quality aluminum PCBs. With years of experience and latest technology, we strive to constantly offer our customers durable, efficient and precisely manufactured PCBs that meet the most demanding specifications. Our aluminum core PCBs are designed to enhance thermal dissipation, improve performance, and extend the lifespan of electronic devices. No matter what industry you are in: LED, power converter, automotive or RF, we provide you with a solution that is customized to your needs. Don’t wait, get a quote now!
