Como você sabe sobre o PCB de alumínio

Introdução ao PCB de alumínio

PCB de alumínio é uma placa de circuito impresso que contém uma fina camada de material isolante elétrico condutor. Eles também são conhecidos como base de alumínio, Revestido de alumínio, IMS (Substrato de metal isolado), MCPCB (Placa de Circuito Impresso Metálico), PCBs termicamente condutores, etc. PCBs de alumínio foram desenvolvidos na década de 1970, logo depois disso, sua demanda aumentou dramaticamente. A primeira aplicação foi seu uso em circuitos híbridos de amplificação. Atualmente, eles estão sendo usados ​​em uma escala muito maior e é importante para nós sabermos sobre o PCB de alumínio e sua importância na comunidade.

Cada placa de circuito impresso flexível e inflexível (PCB) design é diferente. É personalizado para atender ao propósito do conselho. O mesmo é verdadeiro para o material de base PCB, a fibra de vidro é um material de base popular, mas PCBs baseados em alumínio também são muito operacionais em muitas aplicações. PCBs de alumínio consistem em um laminado revestido de cobre que oferece alto desempenho, à base de metal, incluindo excelente isolamento elétrico e condutividade térmica.

Especificações e tolerâncias

Como é feita a PCB de alumínio?

As placas de circuito impresso de alumínio consistem em selos à base de metal cobertos por camadas de circuito de folha de cobre. Eles são feitos de placas de liga que são uma combinação de magnésio, alumínio e silumin (Al-Mg-Si). PCBs de alumínio oferecem bom potencial térmico, isolamento elétrico, e alto desempenho de usinagem, e eles são diferentes de outros PCBs de várias maneiras importantes.

Camada de base

Esta base consiste em um substrato de liga de alumínio. O uso de alumínio torna este tipo de PCB uma escolha brilhante para a tecnologia de orifícios que será discutida posteriormente neste artigo.

Camadas de isolamento térmico

Este é um módulo extremamente importante do PCB. Contém um polímero cerâmico com excelente resistência térmica, propriedades viscoelásticas e defende o PCB contra tensões mecânicas e térmicas.

Camada de circuito

Esta camada contém a folha de cobre mencionada anteriormente neste artigo. Na maioria das vezes, Os fabricantes de PCB usam folhas de cobre que vão de uma a dez onças.
A camada dielétrica de isolamento absorve calor à medida que a corrente flui através dos circuitos. Isso é transferido para a camada de alumínio, onde o calor é disperso.
Alcançar a maior saída de luz possível resulta em calor amplificado. PCBs com resistência térmica aprimorada aumentam a vida útil de seu produto acabado. Um fabricante qualificado fornecerá mitigação de calor, proteção superior e confiabilidade das peças.

A evolução das placas de circuito impresso

Os PCBs são parentes dos sistemas de conexão elétrica introduzidos na década de 1850, em que tiras ou hastes de metal conectavam grandes componentes elétricos instalados em bases de madeira. Hora extra, fios conectados aos terminais de parafuso substituíram as tiras de metal e chassis de metal usados ​​no lugar das bases de madeira.

Embora esses sejam avanços tecnológicos definitivamente importantes, os sistemas eram muito grandes para atender à necessidade crescente de menores, projetos mais compactos exigiam subprodutos que usavam placas de circuito.

Essa demanda inspirou Charles Ducas, dos Estados Unidos, a desenvolver um estêncil com tintas condutoras que pudessem “imprimir” caminhos elétricos diretamente em superfícies isoladas. Ele apresentou uma patente sobre o processo em 1925, dando origem às frases "fiação impressa" e "circuito impresso".

1943 vi o desenvolvimento e patenteamento de um método para gravar padrões condutores (circuitos) em uma camada de folha de cobre, que foi fundido a um material de base não condutor reforçado com vidro. A tecnica, desenvolvido por Paul Eisler do Reino Unido, ganhou grande popularidade na década de 1950 com o advento dos transistores para uso comercial. Até aquele momento, tubos de vácuo e outros componentes eram tão grandes que apenas os métodos tradicionais de montagem e fiação eram necessários.

Transistores mudaram tudo, Contudo – componentes diminuíram consideravelmente de tamanho, e os fabricantes queriam reduzir o tamanho geral de seus pacotes eletrônicos mudando para PCBs.

A introdução da tecnologia through-hole e seu uso em PCB multicamadas na década de 1960 resultou em aumento da densidade de componentes e caminhos elétricos bem espaçados e iniciou uma nova era em Design de PCB. Na década de 1970, chips de circuito integrado tornam-se fundamentais para o design de placa de circuito impresso

Estrutura do PC de alumínioBs

PCBs de alumínio são realmente muito semelhantes aos PCB FR4. A estrutura básica dos PCBs de alumínio é de quatro camadas. Consiste em uma camada dielétrica, folha de cobre, uma camada de base de alumínio, e uma membrana de base de alumínio.

• Camada de folha de cobre

A camada de cobre usada é relativamente mais espessa do que CCLs normais (1onças a 10 onças). Uma camada mais espessa de cobre significa uma maior capacidade de transporte de corrente.

• Camada Dielétrica

A camada dielétrica é uma camada termicamente condutora e tem cerca de 50 micrômetros a 200 micrômetros de espessura. Possui baixa resistência térmica e é adequado para sua aplicação.

• Base de Alumínio

Esta terceira camada é a base de alumínio que é feita de substrato de alumínio. Possui alta condutividade térmica. Camada de membrana de base de alumínio

A membrana de base de alumínio é seletiva. Ele desempenha um papel defensivo, mantendo o exterior de alumínio protegido contra corrosão e arranhões indesejados. É de dois tipos, ou seja,. em volta 250 graus ou menos do que 120 graus (anti-alta temperatura)

Tipos de PCBs de alumínio

Empresas de LEDs e conversores de energia são, até agora, as maiores usuárias de PCBs de alumínio. Contudo, frequência de rádio (RF) e as montadoras também fazem uso desse tipo de placa de circuito impresso. A construção de camada única é mais comum porque é simples, mas existem outras configurações oferecidas.

PCBs de alumínio flexíveis

Os dielétricos flexíveis são um novo desenvolvimento em substrato de metal isolado (IMS) materiais. Os materiais apresentam cargas de cerâmica e resina de poliimida e fornecem maior isolamento elétrico, condutividade térmica, e flexibilidade. Quando usado com materiais de alumínio flexível (tal como 5754), o PCB pode ser inclinado e formado para eliminar itens caros, como cabos, luminárias, e conectores. Embora os materiais sejam flexíveis, mas projetados para dobrar e permanecer no lugar para sempre. Eles não se destinam a aplicações que exigem que os materiais sejam flexionados com frequência.

Híbrido PCBs de alumínio

Com o PCB de alumínio híbrido, um material não térmico é gerenciado e termicamente fundido ao material de base de alumínio. Normalmente, uma placa de circuito de duas ou quatro camadas feita de FR-4 direto é usada. A fusão desta camada à base de alumínio com dielétricos térmicos dissolve o calor, atua como um escudo térmico e aumenta a inflexibilidade. Outros benefícios de um PCB de alumínio híbrido incluem:

• Melhor desempenho térmico em comparação com produtos FR-4 padrão

• Construção menos cara em comparação com PCBs feitos de todos os materiais termicamente condutores.

• Elimina etapas de montagem relacionadas e dissipadores de calor caros.

• Útil o suficiente para ser usado em aplicações RF, onde as características perdidas podem ser aprimoradas por uma camada de superfície de PTFE

• Melhor ato térmico em comparação com produtos FR-4 padrão

PCBs de alumínio através do orifício

Em estruturas altamente complexas, uma única camada de alumínio pode formar o núcleo central de uma estrutura térmica multifacetada. No PCB do orifício, o alumínio é pré-perfurado e o orifício é preenchido com dielétrico antes do processo de laminação. Próximo, materiais térmicos (ou subconjuntos) são laminados em ambos os lados do alumínio com materiais de ligação térmica. Após laminação, o conjunto é perfurado de maneira semelhante a um PCB multicamadas, e os orifícios revestidos são então passados ​​através das folgas no alumínio para fornecer isolamento elétrico.

Dificuldades de fabricação de PCBs de alumínio

O processo de fabricação de PCBs quase totalmente de alumínio é basicamente o mesmo. Aqui vamos discutir os principais processos de fabricação, os problemas e suas soluções.

1: Gravura de cobre

A folha de cobre usada em PCBs de alumínio é moderadamente mais espessa. Se a folha de cobre tiver mais de 3 onças, no entanto, a gravação requer assentamento de largura. Se não estiver de acordo com a demanda do projeto, a largura do traço ficará fora da tolerância após a gravação. É por isso que a compensação da largura do traço deve ser projetada com precisão. Os fatores de corrosão precisam ser controlados durante o processo de fabricação.

2: Impressão de máscara de solda

Devido à espessa folha de cobre, há uma dificuldade na impressão da máscara de solda de PCB de alumínio. Isto é porque; se o traço de cobre for muito espesso, a imagem gravada terá uma grande diferença entre a placa de base e a superfície do traço e a impressão da máscara de solda será bastante difícil. Portanto, a impressão de máscara de solda de duas vezes é preferencialmente usada. O óleo de máscara de solda usado deve ser de qualidade decente e, em alguns casos, o enchimento de resina é feito primeiro e depois a máscara de solda

3: Fabricação Mecânica:

O processo de fabricação mecânica envolve moldagem, perfuração mecânica, e v-scoring, etc. Que é deixado em interno via. Isso tende a diminuir a força elétrica. Portanto, a fresa profissional e a fresa elétrica devem ser usadas para fabricação de baixo volume de produtos. Os parâmetros de perfuração devem ser ajustados para evitar que rebarbas sejam geradas. Isso ajudará na sua fabricação mecânica.

Classificação de PCBs de alumínio

PCBs de alumínio são essencialmente divididos em três categorias.

1. PCB de alumínio universal: camada dielétrica usada aqui é feita de fibra de vidro epóxi pré-impregnada.

2. PCB de alumínio de alta frequência: a camada dielétrica é composta de poliolefina ou fibra de vidro de resina de poliimida pré-impregnada.

3. PCB de alumínio termocondutor alto: a camada dielétrica é feita de resina epóxi. A resina usada deve ter uma alta condutividade térmica

Benefícios das placas de circuito impresso à base de alumínio

Os PCBs com núcleo de metal têm um conjunto único de vantagens em comparação com outros materiais de base.

Menos caro

O alumínio é nativo de uma variedade de climas, por isso é fácil de extrair & refinar. Isso torna significativamente menos caro minerar e refinar do que outros metais. Por extensão, os custos de fabricação relacionados a produtos que utilizam PCBs de alumínio também são mais baratos. PCBs de alumínio também são uma alternativa menos cara para dissipadores de calor.

Amigável ao meio ambiente

O alumínio é reciclável, metal não tóxico. Do produtor ao comprador final, usar alumínio em PBCs contribui para um planeta saudável.

Melhor transferência de calor

As altas temperaturas são a razão de grandes danos aos eletrônicos. O alumínio conduz e transfere o calor das peças perigosas para minimizar os danos à placa de circuito impresso.

Muito durável

O alumínio é mais resistente e durável do que materiais básicos como fibra de vidro e cerâmica. É muito bem feito e reduz as quebras acidentais que podem ocorrer ao longo do processo de fabricação, e durante o manuseio e uso diário.

Leve

Por causa de sua durabilidade, alumínio é muito leve. Ele adiciona resiliência e força aos PCBs sem adicionar peso adicional.

Mesmo que projetos de iluminação e conversores de energia sejam os maiores usuários de PCBs baseados em metal, existem muitos usuários diferentes. Pode se beneficiar do material PCB com núcleo de alumínio. Cada fornecedor de placa de circuito impresso de alumínio deve ajudar seus clientes a avaliar suas necessidades de isolamento e controle térmico. PCBs de núcleo de alumínio são classicamente usados ​​com máscara de solda preta ou branca.

Desempenho de PCBs de alumínio

Estabilidade dimensional

PCBs de alumínio exibem estabilidade dimensional & tamanho estável. Por exemplo, quando eles são aquecidos de 30-140 graus, suas dimensões só mudaram por 2.5%-3.0%.

Dissipação Térmica

O desempenho dos PCBs de alumínio ao dissolver o calor é muito bom em comparação com os PCBs FR4 comuns. Por exemplo, um FR4 PCB com 1,5 mm de espessura terá uma resistência térmica de 20-22 graus por watt, enquanto um PCB de alumínio de 1,5 mm de espessura terá uma resistência térmica de aproximadamente 1-2 graus por watt.

Expansão térmica

Cada substância tem seu próprio coeficiente de expansão térmica. O CTE do cobre(18ppm / C) e alumínio (22ppm / C) é bastante perto. Uma vez que PCBs de alumínio funcionam bem em termos de dissipação térmica, eles não têm contração severa ou problemas de desenvolvimento. Eles funcionam excepcionalmente e são duráveis ​​e confiáveis.

Aplicações de PCB de alumínio

PCBs traseiros de alumínio são perfeitos para situações onde os requisitos de dissipação de calor térmico são muito altos.

PCBs revestidos com alumínio são mais eficazes no direcionamento de energia térmica para longe dos componentes da placa de circuito impresso, Portanto, fornece melhor gerenciamento de temperatura para projetos de PCB. Projetos com base em alumínio podem ter tanto quanto 10 vezes mais eficaz do que os designs de fibra de vidro quando se trata de remover a energia térmica dos componentes da placa de circuito. A taxa de dissipação térmica muito maior permite que projetos de maior potência e densidade sejam implementados.

1. PCBs com suporte de alumínio são usados ​​mais do que nunca para aplicações de alta potência / alta dissipação de calor térmico.

Embora tenham sido originalmente projetados para aplicações de fontes de comutação de alta potência, placas de circuito impresso com revestimento de alumínio ganharam popularidade em aplicações de LED, incluindo semáforos, iluminação automotiva, e iluminação geral. O uso de designs de alumínio permite que a densidade dos LEDs na estrutura do PCB seja maior e que os LEDs montados operem em correntes mais altas, permanecendo dentro das tolerâncias de temperatura especificadas.

2. PCBs com suporte de alumínio também permitem margens de segurança reduzidas com LEDs de energia em comparação com o design de PCB convencional.

A temperatura operacional mais baixa dos LEDs no design significa que os LEDs podem operar por longos períodos de tempo antes de falharem.

3. Outras aplicações para PCBs de alumínio incluem fontes de alimentação, circuitos de alta corrente, controladores de motor e aplicações automotivas.

Os materiais do núcleo de alumínio PCB são muito úteis em aplicações de dissipação de calor térmica que incluem circuitos integrados de montagem em superfície de alta potência. Por causa do alto nível de dissipação térmica associado a PCBs com suporte de alumínio, projetos de placa de circuito podem ser simplificados. PCBs de alumínio eliminam dissipação de calor e ar forçado, o que eventualmente reduz o custo do design. Praticamente qualquer projeto que possa ser melhorado melhorando a condução térmica e o controle de temperatura é um candidato a PCB com suporte de alumínio.

Os PCBs de base de alumínio consistem em revestimento de alumínio, enquanto os PCBs tradicionais usam um substrato de fibra de vidro (FR4 é padrão), camadas de circuito padrão e camadas dielétricas termicamente condutoras (um fino PCB ligado ao suporte de alumínio). Como um resultado, as camadas do circuito podem ser tão complexas quanto as camadas montadas em PCBs de fibra tradicionais.

Os PCBs com suporte de alumínio podem aumentar de forma confiável a vida útil e a durabilidade do projeto por meio de reduções associadas nas taxas de falha e controle de temperatura.

Projetos de alumínio também oferecem baixos níveis de expansão térmica do que outros projetos de PBS e melhor estabilidade mecânica.

4. Lista completa de aplicativos de PCB de núcleo de alumínio:

• Médico: Iluminação da sala de operação, Ferramentas de iluminação cirúrgica, Tecnologia de digitalização de alta potência. e conversores de energia.

• Consumidor: iluminação pública, Iluminação de controle de tráfego, Luzes internas do prédio, Iluminação paisagística, e equipamento de acampamento.

• Módulos de energia: Incluindo relés de estado sólido, conversores, pontes e retificadores de energia.

• Telecomunicações: Incluindo amplificadores de alta frequência e aparelhos de filtragem.

• Fonte de energia: Como reguladores de comutação e conversores DC / AC.

• Automotivo: Incluindo controladores de energia. iluminação, e reguladores eletrônicos.

• Computadores: Como placas de CPU, unidades de disquete e dispositivos de energia.

• Dispositivos de áudio: como amplificadores de entrada e saída e amplificadores de potência + Office Automation, como motores elétricos e drives.

Tecnologia MOKO oferece tecnologia de placa de circuito impresso de alta tecnologia e é um fabricante líder de PCBs com núcleo de alumínio. Usamos tecnologia de linha de frente para fornecer PCBs bem fabricados que atendam às especificações rigorosas de nossos clientes. Saiba mais sobre nós se você estiver procurando por PCB de alumínio!