Dans le monde en évolution de la fabrication d'électronique, "PCB aluminium" est devenu un matériau critique, en particulier dans le domaine de l'électronique de puissance et de l'éclairage LED. Bien que souvent éclipsé par des substrats traditionnels comme FR4 ou des bases de cuivre pures, les PCB à base d'aluminium combinent une gestion thermique supérieure, une résistance mécanique et une efficacité qui les rendent indispensables dans plusieurs applications hautes performances.
Qu'est-ce que l'aluminium PCB exactement?
Un substrat en aluminium PCB (Circuit Circuit Circuit), également appelé PCB de noyau métallique (MCPCB), est un type de circuit imprimé qui intègre une plaque en aluminium comme matériau de base. Contrairement aux PCB conventionnels qui sont principalement fabriqués avec une résine époxy renforcée par la fibre de verre (par exemple, FR4), l'aluminium PCB intègre ce métal pour résoudre les problèmes critiques liés à la dissipation thermique, à la durabilité mécanique et aux performances électriques.
L'aluminium offre un avantage unique de conductivité thermique, allant souvent entre 0,7 et 2,0 W / Mk, contre seulement ~ 0,3 W / Mk pour FR4, ce qui lui permet de ne plus efficacité lorsque l'électronique génère des charges thermiques intenses. Parallèlement à la conductivité thermique supérieure, il offre une base structurelle légère, des couches d'isolation diélectrique régulières et présente une bonne compatibilité électromagnétique.
Fonctions de l'aluminium PCB
- Gestion thermique:La base en aluminium canalise efficacement la chaleur à partir de dispositifs semi-conducteurs sensibles à la température comme les LED, les transistors de puissance et les processeurs, se propageant la chaleur aux dissipateurs de chaleur ou à l'air ambiant et en empêchant ainsi la dégradation des composants.
- Force mécanique:Par rapport aux planches FR4 flexibles ou minces, les PCB à base d'aluminium offrent une fermeté et un support rigide, réduisant la déformation mécanique et améliorant l'intégrité structurelle dans les environnements compacts et à vibration à haute teneur.
- Isolation électrique dans des conditions difficiles:Une couche de polymère diélectrique sandwiches entre les modèles de circuits en aluminium et en cuivre, assurant une excellente isolation électrique tout en intégrant une liaison mécanique fiable.
- Contrutateur de miniaturisation:Leur capacité à éliminer la chaleur efficacement permet de plus petits facteurs de forme et des conceptions innovantes nécessitant des circuits à courant élevé sans risquer des problèmes de fuite thermique ou de fiabilité.
Applications de PCB en aluminium
- Éclairage LED:La gestion thermique mate doit son utilisation rampante aux LED de luminosité élevée utilisées sur ces planches qui surchaufferaient sur FR4.
- Alimentations et convertisseurs:Surtout dans les secteurs comme les télécommunications et le contrôle des moteurs industriels, les PCB en aluminium soutiennent les puces semi-conductrices de puissance.
- Électronique automobile:Des conditions de route et environnementales dures obligent des conseils robustes qui ne se fissurent pas ou ne se sont pas débondus sous vibration et changements de température.
- Électronique grand public:Les systèmes d'alimentation à haute capacité tels que les coussinets de charge portables utilisent des couches de PCB en aluminium comme stabilisateur thermique.
Paramètres de feuille en aluminium et normes de déploiement en aluminium PCB
Lorsque les feuilles d'alliage en aluminium forment le PCB du noyau métallique, la sélection des grades de matériau précis et des normes de tempérament définit les résultats finaux de performances.
| Paramètre | Valeurs typiques | Normes ASTM / ISO |
|---|---|---|
| Note d'alliage | 1050, 1100, 3003, 5052, 6061 | ASTM B209 (feuilles d'aluminium) |
| Gamme d'épaisseur | 0,2 mm - 1,5 mm | Personnalisé par conception |
| Conductivité thermique | 130 - 220 W / (M · K), selon l'alliage | ASTM E1461 |
| Limite d'élasticité | 34-310 MPa (varie en alliage et à l'autre) | ASTM B247 |
| Densité | Environ 2,7 g / cm³ | |
| Coefficient de dilatation thermique | 22–24 × 10⁻⁶ / ° C | ASTM E831 |
| Résistivité électrique | Env. 2,65 - 2,82 µΩ · cm | ASTM B193 |
Détails d'alliage commun et de tempérament:
| Alliage | Caractère | Description | Implications pour l'aluminium PCB |
|---|---|---|---|
| 1050 | H14 | Pureté commerciale, le froid a travaillé | Haute conductivité électrique mais faible résistance; faible résistance thermique |
| 5052 | H32 | ALMG2.5 endurci à la tension | Bonne résistance à la corrosion, plus forte, largement utilisée pour les applications mécaniquement critiques |
| 6061 | Estomac | Alliage almgsi traité à la chaleur | Haute résistance et bonne résistance à la corrosion; conductivité thermique modérée |
Exemple de composition chimique d'alliage 5052 (% en poids)
| Élément | Mg | Croisement | MN | Et | Fe | Zn | Cu | Al (équilibre) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| % | 2.2–2,8 | 0,15–0,35 | 0.10 | ≤0,25 | ≤0,4 | ≤0,10 | ≤0,1 | Reste |
Considérations de fabrication
La fabrication de PCB aluminium combine des méthodes de laminage PCB traditionnelles mais met l'accent sur les agents de liaison cruciaux pour assurer la rigidité de la bobine:
- Laminage du substrat:La feuille d'aluminium est recouverte d'une couche d'isolation diélectrique; Généralement, le polyimide ou l'époxy le fait pour fournir une excellente isolation électrique normalisée par les spécifications IPC-4101.
- Cadre de cuivre:La feuille de cuivre est laminée au sommet de ce diélectrique pour la formation de circuits, généralement de 18 à 70 microns d'épaisseur.
- Thermal via l'intégration:Certains conceptions intègrent des vias thermiques pour accélérer le flux de chaleur des couches de cuivre à l'aluminium, complétant la conductivité de base.
IPC (association Connect Electronics Industries) valide la cohésion et la sécurité des couches avec les normes de mise en œuvre telles que le PX de grade IPC-4101 pour les cartes de câblage imprimées en aluminium et l'IPC-6012 pour la rigidité et la conformité des produits.
Un point de vue distinctif: l'aluminium comme un conduit thermique intégré à l'électronique robuste
Contrairement à la simple considération des caractéristiques élémentaires de l'aluminium isolément, le déploiement efficace de l'aluminium PCB identifie l'équilibre de l'intégration entre la formabilité mécanique (fermeté dans l'équilibre des circuits), la qualité de l'isolation électrique tout en gérant la chaleur et en restant fluide avec des itérations techniques émergentes telles que les circuits flexibles et les optimisations de micro-Via.
La sélection des matériaux ainsi que la rénovation de la résistance au tempérament offre aux concepteurs de PCB la possibilité de régler la diffusivité thermique, l'élasticité sous la contrainte de matrice, ce qui permet une plus grande fiabilité dans des scénarios exigeants tels que les capteurs aérospatiaux ou les modules de contrôle de conduite - où les décalages métallurgiques et la fatigue peuvent catalyser la défaillance des PCB ordinaires.
