Jak dobrze wiesz o aluminiowej płytce drukowanej?

Wprowadzenie do aluminiowej płytki drukowanej

Aluminiowa płytka drukowana to płytka drukowana zawierająca cienką warstwę przewodzącego materiału izolującego. Są również znane jako podstawa aluminiowa, Okładzina aluminiowa, ZSZ (Izolowane podłoże metalowe), MCPCB (Płytka drukowana pokryta metalem), PCB przewodzące ciepło, itp. Aluminiowe płytki PCB zostały opracowane w latach 70, wkrótce potem ich popyt dramatycznie wzrósł. Pierwszym zastosowaniem było ich użycie w obwodach hybrydowych amplifikacji. Obecnie, są one używane na znacznie większą skalę i ważne jest, abyśmy wiedzieli o aluminiowych PCB i ich znaczeniu dla społeczności.

Każda elastyczna i nieuginająca się płytka drukowana (PCB) projekt jest inny. Jest dostosowany do celu tablicy. To samo dotyczy materiału podstawowego PCB, włókno szklane jest popularnym materiałem bazowym, ale PCB na bazie aluminium są również bardzo funkcjonalne w wielu zastosowaniach. Aluminiowe płytki PCB składają się z laminatu pokrytego miedzią, który zapewnia wysoką wydajność, na bazie metalu, w tym doskonałą izolację elektryczną i przewodność cieplną.

Specyfikacje i tolerancje

Jak wykonana jest aluminiowa płytka PCB?

Aluminiowe płytki obwodów drukowanych składają się z uszczelnień na bazie metalu pokrytych warstwami obwodów z folii miedzianej. Wykonane są z płytek stopowych będących połączeniem magnezu, aluminium i silumin (Al-Mg-Si). Aluminiowe PCB zapewniają dobry potencjał termiczny, izolacja elektryczna, i wysoką wydajność obróbki, i różnią się od innych PCB na wiele ważnych sposobów.

Warstwa podstawowa

Ta podstawa składa się z podłoża ze stopu aluminium. Zastosowanie aluminium sprawia, że ​​ten typ płytki PCB jest doskonałym wyborem w przypadku technologii otworów przelotowych, co zostanie omówione w dalszej części tego artykułu.

Warstwy izolacji termicznej

Jest to niezwykle ważny moduł PCB. Zawiera ceramiczny polimer, który ma doskonałą odporność termiczną, właściwości lepkosprężyste i chroni płytkę drukowaną przed naprężeniami mechanicznymi i termicznymi.

Warstwa obwodu

Ta warstwa zawiera folię miedzianą wspomnianą wcześniej w tym artykule. Przeważnie, Producenci PCB używają folii miedzianych o grubości od jednej do dziesięciu uncji.
Warstwa dielektryczna izolacji pochłania ciepło, gdy prąd przepływa przez obwody. Jest to przenoszone na warstwę aluminium, gdzie ciepło jest rozpraszane.
Osiągnięcie najwyższej możliwej mocy świetlnej skutkuje wzmocnionym ciepłem. Płytki PCB o podwyższonej odporności termicznej wydłużają żywotność gotowego produktu. Wykwalifikowany producent zapewni ci łagodzenie ciepła, doskonała ochrona i niezawodność części.

Ewolucja płytek drukowanych

PCB są spokrewnione z systemami połączeń elektrycznych wprowadzonymi w latach pięćdziesiątych XIX wieku, w którym metalowe paski lub pręty łączyły duże elementy elektryczne zainstalowane na drewnianych podstawach. Nadgodziny, przewody podłączone do zacisków śrubowych zastąpiły metalowe listwy i metalową obudowę stosowaną w miejsce drewnianych podstaw.

Chociaż były to zdecydowanie ważne postępy technologiczne, systemy były zbyt duże, aby zaspokoić rosnące zapotrzebowanie na mniejsze, bardziej kompaktowe konstrukcje wymagały produktów ubocznych, które wykorzystywały płytki drukowane.

To zapotrzebowanie zainspirowało Charlesa Ducasa ze Stanów Zjednoczonych do opracowania szablonu z przewodzącymi atramentami, który mógłby „drukować” ścieżki elektryczne bezpośrednio na izolowanych powierzchniach. Złożył patent na proces w 1925, dając początek zwrotom „okablowanie drukowane” i „obwód drukowany”.

1943 widział opracowanie i opatentowanie metody wytrawiania wzorów przewodzących (obwody) na warstwę folii miedzianej, który został stopiony z nieprzewodzącym materiałem bazowym wzmocnionym szkłem. Technika, opracowany przez Paula Eislera z Wielkiej Brytanii, zyskał powszechną popularność w latach pięćdziesiątych XX wieku wraz z pojawieniem się tranzystorów do użytku komercyjnego. Do tego czasu, lampy próżniowe i inne komponenty były tak duże, że wymagane były tylko tradycyjne metody montażu i okablowania.

Tranzystory zmieniły wszystko, jednak – elementy znacznie się zmniejszyły, a producenci chcieli zmniejszyć ogólny rozmiar swoich pakietów elektronicznych, przechodząc na PCB.

Wprowadzenie technologii przewlekanej i jej zastosowanie w wielowarstwowe PCB w latach sześćdziesiątych XX wieku zaowocowało zwiększoną gęstością komponentów i ciasno rozmieszczonymi ścieżkami elektrycznymi i zapoczątkowało nową erę Projektowanie PCB .,. W latach siedemdziesiątych, chipy obwodów scalonych stały się podstawą projektowania płytek drukowanych

Struktura aluminiowego PCBs

Aluminiowe płytki PCB są w rzeczywistości dość podobne do PCB FR4. Podstawowa struktura aluminiowych płytek PCB to cztery warstwy. Składa się z warstwy dielektrycznej, folia miedziana, aluminiowa warstwa bazowa, i aluminiową membranę bazową.

• Warstwa folii miedzianej

Zastosowana warstwa miedzi jest stosunkowo grubsza niż zwykłe CCL (1uncji do 10 uncji). Grubsza warstwa miedzi oznacza większą obciążalność prądową.

• Warstwa dielektryczna

Warstwa dielektryczna jest warstwą przewodzącą ciepło i ma grubość od około 50 do 200 mikrometrów. Posiada niski opór cieplny i nadaje się do jego zastosowania.

• Aluminiowa podstawa

Ta trzecia warstwa to aluminiowa podstawa, która składa się z aluminiowego podłoża. Ma wysoką przewodność cieplną. Aluminiowa warstwa membrany bazowej

Aluminiowa membrana bazowa jest selektywna. Odgrywa rolę obronną, chroniąc aluminiową obudowę przed niechcianym wytrawianiem i zadrapaniami. Jest dwojakiego rodzaju, tj. na około 250 stopni lub mniej 120 stopnie (przeciw wysokiej temperaturze)

Rodzaje aluminiowych PCB

Do tej pory największymi użytkownikami aluminiowych płytek PCB są firmy produkujące diody LED i konwertery mocy. jednak, częstotliwość radiowa (RF) i firmy motoryzacyjne również wykorzystują ten typ płytki drukowanej. Konstrukcja jednowarstwowa jest bardziej powszechna, ponieważ jest prosta, ale oferowane są inne konfiguracje.

Elastyczne aluminiowe płytki PCB

Elastyczne dielektryki to nowe osiągnięcie w izolowanym podłożu metalowym (ZSZ) materiały. Materiały zawierają wypełniacze ceramiczne i żywicę poliimidową oraz zapewniają lepszą izolację elektryczną, przewodność cieplna, i elastyczność. W przypadku stosowania z elastycznymi materiałami aluminiowymi (Jak na przykład 5754), PCB można ustawić pod kątem i uformować w celu wyeliminowania kosztownych elementów, takich jak kable, armatura, i złącza. Chociaż materiały są elastyczne, ale zaprojektowane tak, aby zginały się i pozostawały na swoim miejscu na zawsze. Nie są przeznaczone do zastosowań wymagających częstego zginania materiałów.

Hybrydowy Aluminiowe PCB

Z hybrydową aluminiową płytką PCB, materiał nietermiczny jest zarządzany i stapiany termicznie z aluminiowym materiałem bazowym. Normalnie, stosowana jest dwuwarstwowa lub czterowarstwowa płytka drukowana wykonana z prostego FR-4. Połączenie tej warstwy z aluminiową podstawą za pomocą dielektryków termicznych rozpuszcza ciepło, działa jak osłona termiczna i zwiększa sztywność. Inne zalety hybrydowej aluminiowej płytki PCB to m.in:

• Lepsza wydajność cieplna w porównaniu ze standardowymi produktami FR-4

• Tańsza konstrukcja w porównaniu do płytek PCB wykonanych ze wszystkich materiałów przewodzących ciepło.

• Eliminuje powiązane etapy montażu i kosztowne radiatory.

• Wystarczająco użyteczny, aby można go było używać w aplikacjach RF, gdzie utracone funkcje można poprawić za pomocą warstwy PTFE

• Lepsze działanie termiczne w porównaniu ze standardowymi produktami FR-4

Aluminiowe PCB z otworami przelotowymi

W bardzo złożonych strukturach, pojedyncza warstwa aluminium może tworzyć centralny rdzeń wielostronnej struktury termicznej. W PCB z otworami przelotowymi, aluminium jest wstępnie nawiercane, a otwór jest ponownie wypełniany dielektrykiem przed procesem laminowania. Kolejny, materiały termiczne (lub podzespołów) są laminowane po obu stronach aluminium za pomocą materiałów termoprzewodzących. Po laminowaniu, zespół jest wiercony przelotowo w sposób podobny do wielowarstwowej płytki drukowanej, a platerowane otwory przelotowe są następnie przepuszczane przez szczeliny w aluminium, aby zapewnić izolację elektryczną.

Trudności produkcyjne aluminiowych PCB

Proces produkcji prawie całkowicie aluminiowych płytek PCB jest zasadniczo taki sam. Tutaj omówimy główne procesy produkcyjne, problemy i ich rozwiązania.

1: Trawienie miedzi

Folia miedziana stosowana w aluminiowych płytkach PCB jest umiarkowanie grubsza. Jeśli jednak folia miedziana ma ponad 3 uncje, akwaforta wymaga ustalenia szerokości. Jeśli nie jest to zgodne z wymaganiami projektu, szerokość śladu będzie poza tolerancją po wytrawieniu. Dlatego kompensacja szerokości śladu powinna być dokładnie zaprojektowana. Czynniki trawienia muszą być kontrolowane podczas procesu produkcyjnego.

2: Druk maski lutowniczej

Dzięki grubej folii miedzianej, występują trudności w drukowaniu maski lutowniczej aluminiowej płytki drukowanej. To dlatego, że; jeśli miedź śladowa jest zbyt gruba, wytrawiony obraz będzie miał dużą różnicę między płytą bazową a powierzchnią śladową, a drukowanie maski lutowniczej będzie dość trudne. W związku z tym, korzystnie stosuje się dwukrotne drukowanie maski lutowniczej. Zastosowany olej do maski lutowniczej powinien być przyzwoitej jakości, aw niektórych przypadkach, najpierw wykonuje się wypełnienie żywicą, a następnie maskę lutowniczą

3: Produkcja Mechaniczna:

Mechaniczny proces produkcyjny obejmuje formowanie, wiercenie mechaniczne, i v-scoring, itp. Który pozostaje na wewnętrznym via. Prowadzi to do zmniejszenia wytrzymałości elektrycznej. W związku z tym, do produkcji małoseryjnej produktów należy używać profesjonalnego frezu i frezu elektrycznego. Parametry wiercenia należy tak dobrać, aby zapobiec powstawaniu zadziorów. Pomoże to w produkcji mechanicznej.

Klasyfikacja aluminiowych PCB

Aluminiowe płytki PCB są zasadniczo podzielone na trzy kategorie.

1. Uniwersalna aluminiowa płytka drukowana: Zastosowana tutaj warstwa dielektryczna składa się z prepregu z włókna szklanego epoksydowego.

2. Aluminiowa płytka drukowana o wysokiej częstotliwości: warstwa dielektryczna składa się z poliolefiny lub żywicy poliimidowej z włókna szklanego pre-preg.

3. Aluminiowa płytka drukowana o wysokiej przewodności cieplnej: kadź dielektryczna składa się z żywicy epoksydowej. Zastosowana żywica musi mieć wysoką przewodność cieplną

Korzyści z aluminiowych płytek drukowanych

Płytki PCB z metalowym rdzeniem mają unikalny zestaw zalet w porównaniu z innymi materiałami bazowymi.

Tańszy

Aluminium występuje w różnych klimatach, więc jest łatwe do wydobycia & oczyścić. To sprawia, że ​​wydobycie i rafinacja jest znacznie tańsza niż w przypadku innych metali. Przez rozszerzenie, koszty produkcji związane z produktami wykorzystującymi aluminiowe PCB są również niższe. Aluminiowe płytki PCB są również tańszą alternatywą dla radiatorów.

Przyjazny dla środowiska

Aluminium nadaje się do recyklingu, nietoksyczny metal. Od producenta do końcowego nabywcy, stosowanie aluminium w PBC przyczynia się do zachowania zdrowej planety.

Lepszy transfer ciepła

Wysokie temperatury są przyczyną poważnych uszkodzeń elektroniki. Aluminium przewodzi i odprowadza ciepło z niebezpiecznych części, minimalizując uszkodzenia płytki drukowanej.

Bardzo trwałe

Aluminium jest twardsze i trwalsze niż materiały podstawowe, takie jak włókno szklane i ceramika. Jest bardzo dobrze wykonany i ogranicza przypadkowe pęknięcia, które mogą wystąpić w całym procesie produkcyjnym, oraz podczas obsługi i codziennego użytkowania.

Lekki

Ze względu na swoją trwałość, aluminium jest bardzo lekkie. Dodaje sprężystości i wytrzymałości PCB bez dodawania dodatkowego ciężaru.

Mimo że projekty oświetleniowe i przetwornice mocy są największymi użytkownikami PCB na bazie metalu, jest wielu różnych użytkowników. Może skorzystać z materiału PCB z rdzeniem aluminiowym. Każdy dostawca PCB z rdzeniem aluminiowym powinien pomóc swoim klientom ocenić ich potrzeby w zakresie izolacji i kontroli termicznej. Płytki PCB z rdzeniem aluminiowym są klasycznie używane z czarną lub białą maską lutowniczą.

Wydajność aluminiowych PCB

Stabilność wymiarowa

Aluminiowe płytki PCB wykazują stabilność wymiarową & stały rozmiar. Na przykład, kiedy są podgrzewane od 30-140 stopnie, ich wymiary zmieniły się tylko o 2.5%-3.0%.

Rozpraszanie ciepła

Wydajność aluminiowych płytek PCB podczas rozpuszczania ciepła jest całkiem dobra w porównaniu do zwykłych płytek PCB FR4. Na przykład, płytka FR4 o grubości 1,5 mm będzie miała opór cieplny ok 20-22 stopni na wat, podczas gdy aluminiowa płytka PCB o grubości 1,5 mm będzie miała opór cieplny ok 1-2 stopni na wat.

Rozszerzalność termiczna

Każda substancja ma swój własny współczynnik rozszerzalności cieplnej. CTE miedzi(18ppm/C) i aluminium (22ppm/C) jest dość blisko. Ponieważ aluminiowe płytki PCB działają dobrze pod względem rozpraszania ciepła, nie mają poważnych problemów ze skurczami lub rozwojem. Działają wyjątkowo, są trwałe i niezawodne.

Zastosowania aluminiowej płytki drukowanej

Aluminiowe tylne płytki PCB są idealne w sytuacjach, w których wymagania dotyczące odprowadzania ciepła są bardzo wysokie.

Płytki drukowane pokryte aluminium są bardziej skuteczne w kierowaniu energii cieplnej z dala od elementów płytki drukowanej, w związku z tym, zapewnia lepsze zarządzanie temperaturą w projektach PCB. Konstrukcje z podłożem aluminiowym mogą mieć nawet tyle, ile 10 razy skuteczniejsze niż konstrukcje wzmocnione włóknem szklanym, jeśli chodzi o odprowadzanie energii cieplnej z elementów płytki drukowanej. Znacznie wyższy współczynnik rozpraszania ciepła umożliwia wdrażanie projektów o większej mocy i większej gęstości.

1. Płytki drukowane z podkładem aluminiowym są używane bardziej niż kiedykolwiek w zastosowaniach wymagających dużej mocy/wysokiego rozpraszania ciepła.

Chociaż pierwotnie zostały zaprojektowane do zastosowań związanych z przełączaniem dużej mocy, Płytki drukowane z podkładem aluminiowym zyskały popularność w zastosowaniach LED, w tym sygnalizacja świetlna, oświetlenie samochodowe, i oświetlenie ogólne. Zastosowanie konstrukcji aluminiowych pozwala na większe zagęszczenie diod LED w strukturze PCB oraz pracę zamontowanych diod LED przy wyższych prądach przy zachowaniu określonych tolerancji temperaturowych.

2. Płytki drukowane z podkładem aluminiowym pozwalają również na zmniejszenie marginesów bezpieczeństwa w przypadku diod LED mocy w porównaniu z konwencjonalnymi konstrukcjami płytek drukowanych.

Niższa temperatura robocza diod LED w konstrukcji oznacza, że ​​diody LED mogą działać przez dłuższy czas, zanim ulegną awarii.

3. Inne zastosowania aluminiowych płytek PCB obejmują zasilacze, obwód wysokoprądowy, sterowników silników i zastosowań motoryzacyjnych.

Materiały PCB z rdzeniem aluminiowym są bardzo skuteczne w zastosowaniach związanych z rozpraszaniem ciepła, które obejmują układy scalone o dużej mocy do montażu powierzchniowego. Ze względu na wysoki poziom rozpraszania ciepła związany z płytkami drukowanymi z podkładem aluminiowym, projekty płytek drukowanych można uprościć. Aluminiowe płytki PCB eliminują zjawisko pochłaniania ciepła i wymuszonego przepływu powietrza, co ostatecznie obniża koszt projektu. Prawie każdy projekt, który można ulepszyć poprzez poprawę przewodnictwa cieplnego i kontroli temperatury, jest kandydatem na płytkę drukowaną z podkładem aluminiowym.

Płytki PCB na bazie aluminium składają się z aluminiowego podkładu, podczas gdy tradycyjne płytki PCB wykorzystują podłoże z włókna szklanego (FR4 jest standardem), standardowe warstwy obwodów i przewodzące ciepło warstwy dielektryczne (cienka płytka PCB połączona z aluminiowym podkładem). W rezultacie, warstwy obwodów mogą być tak samo złożone, jak warstwy montowane na tradycyjnych światłowodowych płytkach drukowanych.

Płytki drukowane z podkładem aluminiowym mogą niezawodnie wydłużyć okres przydatności do spożycia i trwałość projektu poprzez związane z tym zmniejszenie wskaźników awaryjności i kontrolę temperatury.

Konstrukcje aluminiowe zapewniają również niski poziom rozszerzalności cieplnej niż inne konstrukcje PBS i lepszą stabilność mechaniczną.

4. Pełna lista zastosowań PCB z rdzeniem aluminiowym:

• Medyczny: Oświetlenie sali operacyjnej, Chirurgiczne narzędzia oświetleniowe, Technologia skanowania o dużej mocy. i Przetwornice mocy.

• Konsument: światła uliczne, Oświetlenie sterujące ruchem, Oświetlenie wnętrz budynków, Oświetlenie krajobrazu, i sprzęt kempingowy.

• Moduły zasilania: W tym przekaźniki półprzewodnikowe, konwertery, mostki i prostowniki.

• Telekomunikacja: W tym wzmacniacze wysokiej częstotliwości i urządzenia filtrujące.

• Zasilacz: Takich jak regulatory przełączające i przetwornice DC/AC.

• Motoryzacja: W tym kontrolery mocy. oświetlenie, i elektroniczne regulatory.

• Komputery: Takich jak płyty procesora, napędy dyskietek i urządzenia zasilające.

• Urządzenia audio: takie jak wzmacniacze wejściowe i wyjściowe oraz wzmacniacze mocy + automatyzacja biura, takich jak silniki elektryczne i napędy.

Technologia MOKO dostarcza zaawansowaną technologię płytek drukowanych i jest wiodącym producentem PCB z rdzeniem aluminiowym. Korzystamy z technologii pierwszej linii, aby dostarczać dobrze wykonane płytki PCB, które spełniają rygorystyczne specyfikacje naszych klientów. Dowiedz się więcej o nas, jeśli szukasz aluminiowej płytki PCB!