Hoe goed weet u over aluminium PCB's

Inleiding tot aluminium PCB

Aluminium printplaat is een printplaat die een dunne laag geleidend elektrisch isolatiemateriaal bevat. Ze zijn ook bekend als aluminium basis, Aluminium bekleed, IMS (Geïsoleerde metalen ondergrond), MCPCB (Met metaal beklede printplaat), Thermisch geleidende printplaten, enzovoort. In de jaren zeventig werden aluminium printplaten ontwikkeld, kort daarna nam hun vraag dramatisch toe. De eerste toepassing was hun gebruik in hybride versterkingscircuits. Momenteel, ze worden op veel grotere schaal gebruikt en het is belangrijk voor ons om meer te weten over aluminium PCB's en hun belang in de gemeenschap.

Elke flexibele en onbuigzame printplaat (PCB) ontwerp is anders. Het is aangepast om aan het doel van het bord te voldoen. Hetzelfde geldt voor het PCB-basismateriaal, glasvezel is een populair basismateriaal, maar op aluminium gebaseerde PCB's zijn ook zeer goed bruikbaar in veel toepassingen. Aluminium PCB's bestaan ​​uit een met koper bekleed laminaat dat hoge prestaties levert, op metaal gebaseerd, inclusief uitstekende elektrische isolatie en thermische geleidbaarheid.

Specs en toleranties

Hoe wordt aluminium PCB gemaakt?

Aluminium printplaten bestaan ​​uit op metaal gebaseerde afdichtingen die zijn bedekt met circuitlagen van koperfolie. Ze zijn gemaakt van legeringsplaten die een combinatie zijn van magnesium, aluminium en silumin (Al-Mg-Si). Aluminium PCB's bieden een goed thermisch potentieel, elektrische isolatie, en hoge bewerkingsprestaties, en ze verschillen op tal van belangrijke manieren van andere PCB's.

Basislaag

Deze basis bestaat uit een substraat van een aluminiumlegering. Door het gebruik van aluminium is dit type printplaat een uitstekende keuze voor through-hole technologie die later in dit artikel zal worden besproken.

Thermische isolatielagen

Dit is een kritisch belangrijke module van de printplaat. Het bevat een keramisch polymeer met een uitstekende thermische weerstand, visco-elastische eigenschappen en beschermt de PCB tegen mechanische en thermische spanningen.

Circuit laag

Deze laag bevat de eerder in dit artikel genoemde koperfolie. Meestal, PCB-fabrikanten gebruiken koperfolies van één tot tien ons.
De diëlektrische isolatielaag absorbeert warmte terwijl er stroom door de circuits stroomt. Dit wordt overgebracht op de aluminiumlaag, waar de warmte wordt verspreid.
Het bereiken van de hoogst mogelijke lichtopbrengst resulteert in versterkte warmte. PCB's met verbeterde thermische weerstand verlengen de levensduur van uw eindproduct. Een bekwame fabrikant zal u voorzien van warmtebeperking, superieure bescherming en betrouwbaarheid van onderdelen.

De evolutie van printplaten

PCB's zijn verwanten van de elektrische verbindingssystemen die in de jaren 1850 werden geïntroduceerd, waarin metalen strips of staven grote elektrische componenten verbonden die op houten sokkels waren geïnstalleerd. Na verloop van tijd, draden aangesloten op de schroefklemmen vervingen de metalen strips en metalen chassis die werden gebruikt in plaats van de houten bases.

Hoewel dit absoluut belangrijke technologische vooruitgang waren, de systemen waren te groot om aan de groeiende behoefte aan kleinere te voldoen, compactere ontwerpen vroegen bijproducten die printplaten gebruikten.

Deze vraag inspireerde Charles Ducas uit de Verenigde Staten om een ​​stencil te ontwikkelen met geleidende inkten die elektrische paden rechtstreeks op geïsoleerde oppervlakken konden 'printen'.. Hij diende een patent in op het proces in 1925, waardoor de zinnen "gedrukte bedrading" en "gedrukte schakeling" ontstaan.

1943 zag de ontwikkeling en patentering van een methode om geleidende patronen te etsen (circuits) op een laag koperfolie, die was versmolten tot een niet-geleidend basismateriaal versterkt met glas. De techniek, ontwikkeld door Paul Eisler uit het Verenigd Koninkrijk, Werd wijdverspreid populair in de jaren 50 met de komst van transistors voor commercieel gebruik. Tot die tijd, vacuümbuizen en andere componenten waren zo groot dat alleen traditionele montage- en bedradingsmethoden nodig waren.

Transistors hebben alles veranderd, echter – componenten aanzienlijk in omvang gekrompen, en fabrikanten wilden de totale omvang van hun elektronische pakketten verkleinen door over te schakelen op PCB's.

De introductie van through-hole-technologie en het gebruik ervan in meerlaagse printplaten in de jaren 1960 resulteerde in een hogere componentdichtheid en dicht bij elkaar liggende elektrische paden en luidde een nieuw tijdperk in PCB-ontwerp. In de jaren zeventig, chips met geïntegreerde schakelingen worden de basis van het ontwerp van printplaten

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. Aluminium basismembraanlaag

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)

Soorten aluminium printplaten

LED- en stroomomvormers zijn tot dusver de grootste gebruikers van aluminium printplaten. Echter, radiofrequentie (RF) en automobielbedrijven maken ook gebruik van dit type printplaat. Eenlagige constructie komt vaker voor omdat het eenvoudig is, maar er worden andere configuraties aangeboden.

Flexibele aluminium printplaten

Flexibele diëlektrica zijn een nieuwe ontwikkeling in geïsoleerd metalen substraat (IMS) materialen. De materialen zijn voorzien van keramische vulstoffen en polyimidehars en zorgen voor een betere elektrische isolatie, warmtegeleiding, en flexibiliteit. Bij gebruik met flexibele aluminium materialen (zoals 5754), de printplaat kan onder een hoek worden geplaatst en gevormd om kostbare zaken zoals kabels te elimineren, armaturen, en connectoren. Hoewel de materialen flexibel zijn, maar ontworpen om te buigen en voor altijd op hun plaats te blijven. Ze zijn niet bedoeld voor toepassingen waarbij het materiaal vaak moet buigen.

Hybride Aluminium printplaten

Met de hybride aluminium printplaat, een niet-thermisch materiaal wordt beheerd en thermisch versmolten met het aluminium basismateriaal. Normaal gesproken, Er wordt een tweelaagse of vierlagige printplaat gebruikt die is gemaakt van een rechte FR-4. Door deze laag aan de aluminium basis te smelten met thermische diëlektrica, wordt de warmte opgelost, fungeert als een hitteschild en verhoogt de inflexibiliteit. Andere voordelen van een hybride aluminium PCB zijn onder meer:

• Betere thermische prestaties in vergelijking met standaard FR-4-producten

• Goedkopere constructie in vergelijking met PCB's gemaakt van alle warmtegeleidende materialen.

• Elimineert gerelateerde montagestappen en dure koellichamen.

• Bruikbaar genoeg om te worden gebruikt in RF-toepassingen, waar verloren functies kunnen worden verbeterd door een oppervlaktelaag van PTFE

• Betere thermische werking in vergelijking met standaard FR-4-producten

Doorlopende aluminium printplaten

In zeer complexe constructies, een enkele laag aluminium kan de centrale kern vormen van een veelzijdige thermische structuur. In printplaat met doorlopende gaten, het aluminium is voorgeboord en het gat wordt voor het lamineerproces weer gevuld met diëlektricum. De volgende, thermische materialen (of onderdelen) zijn aan beide zijden van het aluminium gelamineerd met thermische hechtmaterialen. Na lamineren, het geheel is doorgeboord op een manier die vergelijkbaar is met een meerlagige printplaat, en de geplateerde doorgaande gaten worden vervolgens door de spelingen in het aluminium geleid om elektrische isolatie te verschaffen.

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; als het spoorkoper te dik is, zal het geëtste beeld een groot verschil hebben tussen de basisplaat en het spooroppervlak en zal het afdrukken van het soldeermasker behoorlijk moeilijk zijn. 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.

Classificatie van aluminium printplaten

Aluminium PCB's zijn in wezen onderverdeeld in drie categorieën.

1. Universele aluminium printplaat: diëlektrische laag die hier wordt gebruikt, is gemaakt van epoxyglasvezel pre-preg.

2. Hoogfrequente aluminium printplaat: de diëlektrische laag is samengesteld uit polyolefine of polyimidehars glasvezel pre-preg.

3. Hoog thermisch geleidende aluminium printplaat: het diëlektrische wasvat is gemaakt van epoxyhars. De gebruikte hars moet een hoge thermische geleidbaarheid hebben

Voordelen van op aluminium gebaseerde printplaten

PCB's met een metalen kern hebben een aantal unieke voordelen ten opzichte van andere basismaterialen.

Minder duur

Aluminium is inheems in verschillende klimaten, dus het is gemakkelijk te ontginnen & verfijnen. Dit maakt het aanzienlijk goedkoper om te delven en te raffineren dan andere metalen. Door verlenging, de fabricagekosten van producten die aluminium PCB's gebruiken, zijn ook minder duur. Aluminium PCB's zijn ook een goedkoper alternatief voor koellichamen.

Vriendelijk voor de omgeving

Aluminium is recyclebaar, niet-giftig metaal. Van de producent tot en met de eindafnemer, het gebruik van aluminium in PBC's draagt ​​bij aan een gezonde planeet.

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

Vanwege zijn duurzaamheid, aluminium is erg licht van gewicht. Het voegt veerkracht en sterkte toe aan PCB's zonder extra gewicht toe te voegen.

Ook al zijn verlichtingsprojecten en stroomomvormers de grootste gebruikers van op metaal gebaseerde PCB's, er zijn veel verschillende gebruikers. Het kan baat hebben bij het PCB-materiaal met aluminium kern. Elke leverancier van PCB's met aluminiumkern moet zijn klanten helpen bij het beoordelen van hun behoeften aan isolatie en thermische controle. Aluminium Core PCB's worden klassiek gebruikt met zwart of wit soldeermasker.

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

De prestaties van aluminium PCB's bij het oplossen van warmte zijn redelijk goed in vergelijking met gewone FR4-PCB's. 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. Omdat aluminium PCB's goed werken in termen van thermische dissipatie, ze hebben geen ernstige contractie- of ontwikkelingsproblemen. Ze werken uitzonderlijk en zijn duurzaam en betrouwbaar.

Aluminium PCB-toepassingen

Aluminium printplaten aan de achterkant zijn perfect voor situaties waar de eisen voor thermische warmteafvoer erg hoog zijn.

Met aluminium beklede PCB's zijn beter in staat thermische energie weg te leiden van printplaatcomponenten, daarom, het biedt een beter temperatuurbeheer voor PCB-ontwerpen. Ontwerpen met een aluminium achterkant kunnen zo veel zijn als 10 keer effectiever dan ontwerpen met glasvezel als het gaat om het verwijderen van thermische energie van printplaatcomponenten. Door de veel hogere thermische dissipatiesnelheid kunnen ontwerpen met een hoger vermogen en hogere dichtheid worden geïmplementeerd.

1. PCB's met een aluminium achterkant worden meer dan ooit gebruikt voor toepassingen met een hoog vermogen / hoge thermische warmteafvoer.

Hoewel ze oorspronkelijk zijn ontworpen voor toepassingen met hoog vermogen schakelende voeding, printplaten met een aluminium achterkant zijn populair geworden in LED-toepassingen, inclusief verkeerslichten, automotive verlichting, en algemene verlichting. Door het gebruik van aluminium ontwerpen is de dichtheid van de leds in de printplaatstructuur hoger en kunnen de gemonteerde leds met hogere stromen werken terwijl ze binnen de gespecificeerde temperatuurtoleranties blijven.

2. PCB's met een aluminium achterkant bieden ook verminderde veiligheidsmarges met power-LED's in vergelijking met conventioneel PCB-ontwerp.

De lagere bedrijfstemperatuur van de leds in het ontwerp betekent dat de leds langer kunnen werken voordat ze uitvallen.

3. Andere toepassingen voor aluminium printplaten zijn onder meer voedingen, hoogspanningsschakelingen, motorcontrollers en automobieltoepassingen.

PCB-materialen met aluminiumkern zijn zeer werkzaam in toepassingen voor thermische warmteafvoer, waaronder geïntegreerde schakelingen voor oppervlaktemontage met hoog vermogen. Vanwege de hoge thermische dissipatie die gepaard gaat met PCB's met aluminium achterkant, printplaatontwerpen kunnen worden vereenvoudigd. Aluminium PCB's elimineren warmteafvoer en geforceerde lucht, wat uiteindelijk de ontwerpkosten verlaagt. Vrijwel elk ontwerp dat kan worden verbeterd door de thermische geleiding en temperatuurregeling te verbeteren, is een kandidaat voor een PCB met een aluminium achterkant.

Aluminium basisprintplaten bestaan ​​uit een aluminium achterkant, terwijl traditionele printplaten een glasvezelsubstraat gebruiken (FR4 is standaard), standaard circuitlagen en thermisch geleidende diëlektrische lagen (een dunne printplaat die op de aluminium achterkant is geplakt). Als gevolg, de circuitlagen kunnen net zo complex zijn als de lagen die op traditionele vezel-PCB's zijn gemonteerd.

PCB's met een aluminium achterkant kunnen de houdbaarheid en de duurzaamheid van het ontwerp op betrouwbare wijze verlengen door de bijbehorende reducties in uitvalpercentages en temperatuurbeheersing.

Aluminiumontwerpen bieden ook lage thermische uitzettingsniveaus dan andere PBS-ontwerpen en een betere mechanische stabiliteit.

4. Volledige lijst van PCB-toepassingen met aluminiumkern:

• 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 levert hoogtechnologische printplaattechnologie en is een toonaangevende fabrikant van aluminium kernprintplaten. We gebruiken eerstelijns technologie om goed gefabriceerde PCB's te leveren die voldoen aan de strenge specificaties van onze klanten. Kom meer over ons te weten als u op zoek bent naar aluminium printplaten!