8 кроків для виготовлення ідеальної алюмінієвої друкованої плати

An алюмінієва друкована плата Існує лише одна причина: для відведення тепла від кола. Замінюючи ізоляційний сердечник FR-4 металевою основою, алюмінієва плата відводить тепло від силових компонентів і розподіляє його по всій платі, саме тому на неї покладаються світлодіоди, блоки живлення та автомобільні конструкції. Але «алюмінієва друкована плата» описує шарувату структуру, яка настільки ж добра, як і її найслабший шар, а виробничий процес має етапи, яких немає на стандартній лінійці FR-4. У цьому посібнику описано вісім кроків виготовлення алюмінієвої друкованої плати, а потім пояснюється діелектричний шар, який визначає, чи дійсно плата працює, а також правила проектування та дефекти, які відрізняють ідеальну алюмінієву друковану плату від польового збою.

1. Що таке алюмінієва друкована плата?

Алюмінієва друкована плата (ДП) — це друкована плата з металевим осердям, що складається з трьох склеєних шарів: верхнього мідний шар схеми, то теплопровідний діелектрик посередині, і алюмінієвою пластиною знизу. Струм протікає в міді, діелектрик електрично ізолює її, проводячи тепло, а алюміній діє як вбудований розподільник тепла та радіатор.

Чому дизайнери обирають алюміній замість FR-4

Стандартний FR-4 є теплоізолятором, тому тепло від силового пристрою накопичується та скорочує термін служби компонентів. Перехід на алюмінієву основу — серце друкована плата з металевим сердечником — забезпечує низький опір відведення тепла, а також додає механічної жорсткості та стабільності розмірів. Компроміс полягає в тому, що алюмінієві друковані плати зазвичай одношарові та виготовляються за іншим способом, який, як зазначено нижче, робить бетонним. Більш повний огляд конструкції див. що таке алюмінієва друкована плата.

2. 8 кроків для виготовлення алюмінієвої друкованої плати

Цей процес перетворює міднопластований алюмінієвий ламінат на готову, перевірену плату. Кожен крок має певний рівень якості, характерний для конструкції з металевим сердечником.

1. Вибір матеріалу. Оберіть алюмінієвий ламінат з мідним покриттям — вагу міді, тип і товщину діелектрика, а також алюмінієвий сплав і товщину — відповідно до теплових та електричних вимог.
2. Різання за розміром. Зріжте або розріжте ламінат до робочого розміру панелі, тримаючи його так, щоб уникнути вм'ятин або подряпин на алюмінії.
3. буріння. Свердліть отвори для компонентів та кріплення; оскільки більшість алюмінієвих друкованих плат є односторонніми, отвори не проходять через металеву основу, а свердління контролюється, щоб уникнути задирок та пошкодження діелектрика.
4. Схема формування схеми. Ламінуйте фоторезист сухої плівки, експонуйте його через зображення та проявіть, щоб визначити мідний контур.
5. Травлення. Протравіть оголену мідь, щоб вийти з кола, потім зніміть резист; контроль травлення захищає дрібні деталі та ширину доріжок.
6. Паяльна маска. Нанесіть та затвердіть паяльну маску на мідь, залишаючи контактні площадки відкритими та захищаючи схему.
7. Шовкографія (легенда). Роздрукуйте легенду компонентів, позначки та ідентифікатори.
8. Оздоблення поверхні, профілювання та випробування. Нанесіть поверхневе покриття (HASL, ENIG або OSP), проточіть плату до остаточного контуру, потім проведіть електричні випробування та перевірку.

Сходинка, яка підводить людей

Фрезерування та свердління алюмінію не схоже на фрезерування FR-4 — метал генерує тепло та задирки, що вимагає правильного оснащення та подачі, а діелектрик не повинен бути тріснутим або розмазаним в отворах. Ідеальна алюмінієва друкована плата залежить від правильного виконання механічних кроків (3 та 8) та обробки діелектрика, а не лише від візуалізації схеми.

3. Діелектричний шар: де виграється або втрачається якість алюмінієвої друкованої плати

Єдиний шар, який відрізняє хорошу алюмінієву друковану плату від посередньої, – це діелектрик. Він виконує дві протилежні функції: електрично ізолювати мідь від алюмінію та проводити тепло від міді до алюмінію. Ці функції діють у протилежних напрямках.

Компроміс між теплом та напругою

Діелектрик теплопровідність — зазвичай близько 1–3 Вт/м·K, вище для високоякісних матеріалів — визначає, наскільки добре тепло проходить через нього, і це справжнє вузьке місце, оскільки сам алюміній проводить тепло набагато краще. A тонший діелектрик краще проводить тепло, але витримує меншу напругу, тоді як товстіший ізолює краще, але нагрівається сильніше. Тому вибір типу та товщини діелектрика є центральним інженерним рішенням у будь-якому Діелектричний шар MCPCB, і він має бути узгоджений з потужністю розсіювання плати та її робочою напругою. Вкажіть діелектрик для конкретного застосування — не вибираючи за замовчуванням найдешевший чи найтонший — і плата працюватиме; якщо зробити його неправильно, вона або перегріється, або вийде з ладу.

Сімейство друкованих плат з металевим сердечником, до якого належать алюмінієві плати, оцінюється в діапазоні 13–16 мільярдів доларів, а його зростання зумовлене, перш за все, світлодіодним освітленням (близько 45% попиту) та автомобільною електронікою (близько 30%) — двома сферами застосування, що збільшують обсяги алюмінієвих друкованих плат, оскільки освітлення та електромобілі електрифікуються.

«На алюмінієвій платі мідь та металева основа – це найпростіша частина, а діелектрик – це місце, де затримується тепло. Витратьте свою інженерію на це: виберіть діелектрик для живлення та напруги, і плата виконає свою роботу».

— інженер-технолог з виробництва друкованих плат з металевим сердечником

Зчитування теплових чисел

Важливі цифри легко порівняти. FR-4 проводить тепло приблизно 0.3 Вт/м·Kдіелектрик алюмінієвої друкованої плати рухається навколо 1–3 Вт/м·K (високоякісні діелектрики досягають ~5–12), а сама алюмінієва основа становить близько 150–200 Вт/м·KОскільки діелектрик є, безумовно, найбільш резистивним шаром у стеку, він домінує в загальному тепловому опорі плати (вираженому в °C/Вт від переходу до бази). Саме тому тонший діелектрик з вищою провідністю знижує температуру силового пристрою, і саме тому занадто тонкий діелектрик для досягнення теплових чисел зрештою жертвує пробивною напругою, яку він також повинен забезпечувати. Правильна специфікація збалансовує ці два показники з реальною потужністю та робочою напругою плати.

4. Правила проектування алюмінієвих друкованих плат та поширені дефекти

Добре зібрана алюмінієва друкована плата все одно не спрацює, якщо конструкція ігнорує реалії конструкції з металевим сердечником. Кілька правил запобігають більшості проблем.

Правила дизайну, які мають значення

• Зберігайте характеристики міді та відстань між ними в межах можливостей травлення для вибраної ваги міді.
• Залиште зазор між міддю та краєм плати / монтажними отворами, щоб діелектрик зберігав ізоляцію напруги від алюмінію.
• Розміщуйте компоненти з найбільшим розсіюванням тепла там, де шлях тепла до алюмінію найкоротший.
• Сплануйте контур плати та кріплення для розводки проводів та інтерфейсу радіатора з самого початку.

Поширені дефекти, на які слід звертати увагу при проектуванні та перевірці

• Пошкодження або розмазування діелектричного елемента від свердління/фрезерування, що ставить під загрозу ізоляцію.
• Задирки на алюмінії що впливають на посадку та тепловий інтерфейс.
• Розмежування між шарами через погане ламінування або термічні навантаження.
• Знижена пробивна напруга від занадто тонкого або пошкодженого діелектрика.
• Викривлення від нерівномірної обробки металевої основи.

Більшість із них пов'язані з механічними кроками та вибором діелектрика, тому лінія з металевим сердечником експлуатується та перевіряється інакше, ніж лінія FR-4 — режими відмови знаходяться в металі та діелектрику, а не в міді.

5. Виробництво алюмінієвих друкованих плат у Highleap

Алюмінієві плати виготовляються щодня на нашій лінії металевих виробів, а якість досягається завдяки тому, що діелектричні та механічні етапи є критично важливими. У Highleap ми підбираємо міднопластований алюмінієвий ламінат відповідно до ваших теплових та напружених вимог, контролюємо свердління та фрезерування металу, щоб уникнути задирок та пошкодження діелектрика, а також перевіряємо ізоляцію та обробку перед відправкою плати. Для світлодіодних систем та освітлення ми створюємо таку ж конструкцію, налаштовану на світловіддачу та відведення тепла, як описано в наших... алюмінієва світлодіодна друкована плата працювати.

Якщо у вас алюмінієва друкована плата — для світлодіодного освітлення, живлення, приводу двигуна або автомобіля — надішліть нам проект, а також ваші показники потужності та напруги, і ми порекомендуємо діелектрик, підтвердимо правила проектування та створимо плату, яка фактично відводитиме тепло.

Вартість вашої алюмінієвої друкованої плати

6. Найчастіші запитання щодо алюмінієвих друкованих плат

Яка різниця між алюмінієвою друкованою платою та друкованою платою з металевим сердечником?

Алюмінієва друкована плата (ДП) є найпоширенішим типом друкованої плати з металевим сердечником (ДПМЗ). ДПМЗ – це ширша категорія: металева основа може бути алюмінієвою (найпоширеніша та економічна), мідною (з вищими теплопродуктивністю, але дорожчою та важчою) або сталевим сплавом. Отже, кожна алюмінієва ДП є ДПМЗ, але не кожна ДПМЗ використовує алюмінієву основу.

Чим відрізняється виробництво алюмінієвої друкованої плати від FR-4?

Етапи створення схеми схожі, але механічні кроки відрізняються. Свердління та фрезерування металевої основи генерує тепло та задирки, що вимагає різних інструментів та подачі; теплопровідний діелектрик не повинен мати тріщин або розмазуватися в отворах; а оскільки більшість алюмінієвих друкованих плат односторонні, отвори не гальванізовані через металеву основу. Навіть маніпуляції з панеллю без пошкодження алюмінію є частиною процесу.

Чому діелектричний шар такий важливий в алюмінієвій друкованій платі?

Діелектрик повинен ізолювати мідь від алюмінію, одночасно проводячи тепло між ними, і ці цілі суперечать одна одній. Тонший діелектрик краще проводить тепло, але витримує меншу напругу, тому його тип і товщина підбираються відповідно до потужності розсіювання та робочої напруги плати — центрального конструктивного рішення в платі з металевим сердечником.

Алюмінієві друковані плати одношарові чи багатошарові?

Більшість алюмінієвих друкованих плат є одношаровими, з одним мідним шаром схеми поверх діелектрика та алюмінієвої основи. Багатошарові алюмінієві конструкції існують для складніших конструкцій, але вони менш поширені та складніші у виробництві.

Де використовуються алюмінієві друковані плати?

Будь-де, де потрібно відводити тепло від компактної плати: світлодіодне освітлення та модулі, блоки живлення та перетворювачі, приводи двигунів, автомобільна електроніка та подібні енергоємні пристрої, де FR-4 буде занадто нагріватися.

Чи можна нанести гальванічні отвори на алюмінієву друковану плату?

У стандартній односторонній алюмінієвій друкованій платі отвори не гальванізовані через металеву основу, оскільки алюміній є провідною основою, а не внутрішнім шаром. Конструкції, які потребують гальванічних отворів, використовують різні металеві осердя або багатошарові конструкції.

Які види обробки поверхні доступні на алюмінієвих друкованих платах?

Поширеними варіантами покриття є HASL, ENIG та OSP, які вибирають за такими ж критеріями, як і FR-4, завдяки паяльності, терміну придатності, площинності та вартості. ENIG підходить для дрібних контактних поверхонь та плоских контактних поверхонь, тоді як HASL економічно вигідний для загальних робіт.