Primera parte: ¿Qué es la PCB de aluminio?
El sustrato de aluminio es un tipo de tablero revestido de cobre a base de metal con una excelente funcionalidad de disipación de calor.Generalmente, una placa de una sola cara se compone de tres capas: la capa de circuito (lámina de cobre), la capa aislante y la capa de base metálica.Para aplicaciones de alta gama, también hay diseños de doble cara con una estructura de capa de circuito, capa aislante, base de aluminio, capa aislante y capa de circuito.Un pequeño número de aplicaciones implican tableros multicapa, que se pueden crear uniendo tableros multicapa comunes con capas aislantes y bases de aluminio.
Sustrato de aluminio de una sola cara: consta de una sola capa de patrón conductor, material aislante y placa de aluminio (sustrato).
Sustrato de aluminio de doble cara: Implica dos capas de capas de patrón conductor, material aislante y una placa de aluminio (sustrato) apiladas juntas.
Placa de circuito impreso de aluminio multicapa: es una placa de circuito impreso que se fabrica laminando y uniendo tres o más capas de patrones conductores, material aislante y una placa (sustrato) de aluminio.
Dividido por métodos de tratamiento de superficies:
Tablero chapado en oro (oro fino químico, oro grueso químico, chapado en oro selectivo)
Segunda parte: Principio de funcionamiento del sustrato de aluminio
Los dispositivos de potencia están montados en superficie en la capa del circuito.El calor generado por los dispositivos durante el funcionamiento se conduce rápidamente a través de la capa aislante hasta la capa base metálica, que luego disipa el calor, logrando la disipación del calor de los dispositivos.
En comparación con el FR-4 tradicional, los sustratos de aluminio pueden minimizar la resistencia térmica, lo que los convierte en excelentes conductores del calor.En comparación con los circuitos cerámicos de capa gruesa, también poseen propiedades mecánicas superiores.
Además, los sustratos de aluminio tienen las siguientes ventajas únicas:
- Cumplimiento de los requisitos de RoHs
- Mejor adaptabilidad a los procesos SMT
- Manejo efectivo de la difusión térmica en el diseño de circuitos para reducir la temperatura de funcionamiento del módulo, extender la vida útil, mejorar la densidad de potencia y la confiabilidad.
- Reducción del ensamblaje de disipadores de calor y otro hardware, incluidos los materiales de interfaz térmica, lo que resulta en un menor volumen de producto y menores costos de hardware y ensamblaje, y una combinación óptima de circuitos de potencia y control.
- Reemplazo de sustratos cerámicos frágiles para mejorar la durabilidad mecánica
Tercera parte: Composición de los sustratos de aluminio
1. Capa de circuito
La capa del circuito (que normalmente utiliza una lámina de cobre electrolítico) se graba para formar circuitos impresos, que se utilizan para el ensamblaje y las conexiones de los componentes.En comparación con el FR-4 tradicional, con el mismo espesor y ancho de línea, los sustratos de aluminio pueden transportar corrientes más altas.
2. Capa aislante
La capa aislante es una tecnología clave en sustratos de aluminio y sirve principalmente para adhesión, aislamiento y conducción de calor.La capa aislante de sustratos de aluminio es la barrera térmica más importante en las estructuras de módulos de potencia.Una mejor conductividad térmica de la capa aislante facilita la difusión del calor generado durante el funcionamiento del dispositivo, lo que lleva a temperaturas de funcionamiento más bajas, mayor carga de energía del módulo, tamaño reducido, vida útil prolongada y mayor potencia de salida.
3. Capa base metálica
La elección del metal para la base metálica aislante depende de consideraciones integrales de factores como el coeficiente de expansión térmica, la conductividad térmica, la resistencia, la dureza, el peso, la condición de la superficie y el costo de la base metálica.
Cuarta parte: Razones para elegir sustratos de aluminio
1. Disipación de calor
Muchas placas de doble cara y multicapa tienen alta densidad y potencia, lo que dificulta la disipación del calor.Los materiales de sustrato convencionales como FR4 y CEM3 son malos conductores del calor y tienen aislamiento entre capas, lo que conduce a una disipación de calor inadecuada.Los sustratos de aluminio resuelven este problema de disipación de calor.
2. Expansión térmica
La expansión y contracción térmica son inherentes a los materiales y diferentes sustancias tienen diferentes coeficientes de expansión térmica.Los tableros impresos a base de aluminio abordan eficazmente los problemas de disipación de calor, aliviando el problema de la expansión térmica de diferentes materiales en los componentes del tablero, mejorando la durabilidad y confiabilidad general, especialmente en aplicaciones SMT (tecnología de montaje en superficie).
3. Estabilidad dimensional
Los tableros impresos a base de aluminio son notablemente más estables en términos de dimensiones en comparación con los tableros impresos de material aislante.El cambio dimensional de los tableros impresos a base de aluminio o de los tableros con núcleo de aluminio, calentados de 30°C a 140-150°C, es del 2,5-3,0%.
4. Otras razones
Los tableros impresos a base de aluminio tienen efectos de protección, reemplazan los sustratos cerámicos quebradizos, son adecuados para la tecnología de montaje en superficie, reducen el área efectiva de los tableros impresos, reemplazan componentes como disipadores de calor para mejorar la resistencia al calor y las propiedades físicas del producto, y disminuyen los costos de producción y la mano de obra.
Quinta parte: Aplicaciones de los sustratos de aluminio
1. Equipos de Audio: Amplificadores de entrada/salida, amplificadores balanceados, amplificadores de audio, preamplificadores, amplificadores de potencia, etc.
2. Equipos de potencia: Reguladores de conmutación, convertidores CC/CA, ajustadores SW, etc.
3. Equipos Electrónicos de Comunicación: Amplificadores de alta frecuencia, dispositivos de filtrado, circuitos de transmisión, etc.
4. Equipos de ofimática: Controladores de motores eléctricos, etc.
5. Automoción: Reguladores electrónicos, sistemas de encendido, controladores de potencia, etc.
6. Computadoras: placas CPU, unidades de disquete, unidades de potencia, etc.
7. Módulos de potencia: Inversores, relés de estado sólido, puentes rectificadores, etc.
8. Accesorios de iluminación: Con la promoción de las lámparas de bajo consumo, los sustratos a base de aluminio se utilizan ampliamente en las luces LED.
Hora de publicación: 09-ago-2023
