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Al-basierte Leiterplatte

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Als einer der erfahrensten Leiterplattenhersteller der Welt sind wir stolz darauf, Ihr bester Geschäftspartner und guter Freund in allen Aspekten Ihrer Leiterplattenanforderungen zu sein.
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Inhaltsverzeichnis
Primärer Artikel (H2)

Wie wir wissen, können Leiterplatten aus verschiedenen Metallen als Substraten hergestellt werden. Eine der Optionen ist Aluminium. Diese Aluminium-Leiterplatten werden in vielen Branchen eingesetzt, da sie Wärme gut leiten und Elektrizität isolieren können. Diese Eigenschaften tragen zu ihrer überlegenen Leistung bei. Aber was können sie sonst noch bieten? Finden wir es in diesem umfassenden Artikel heraus.

Was ist eine Al-basierte Leiterplatte?

Es handelt sich um eine Art Leiterplatte, die aus einem Aluminiumkern und einem Standard-FR4-Material besteht. Anstelle von Glasfaser oder Kunststoff verwenden diese Leiterplatten Metallsubstrate. Normalerweise stößt man auf einseitige und doppelseitige Leiterplatten auf Aluminiumbasis. Mehrschichtige Leiterplatten sind jedoch selten, da ihre Herstellung schwierig ist. 

Aus diesem Grund werden sie vor allem bei der Herstellung von LEDs eingesetzt. Diese lichtemittierenden Objekte erzeugen Wärme, die durch das Aluminium effektiv abgeleitet wird und die Lebensdauer einer LED erhöht. Einige Beispiele hierfür sind Aluminiumsubstrate in Straßenlaternen und Haushaltsbeleuchtungen. Auch in anderen Branchen kommen Leiterplatten auf Aluminiumbasis zum Einsatz, diese sind jedoch nicht so verbreitet wie die Beleuchtung.

Globalwell Al-basierte Leiterplatte 1

Arten von Al-basierten Leiterplatten?

Mehrschichtige Leiterplatte: Es besteht aus vielen Schichten dielektrischen Materials mit blinden Durchkontaktierungen und leitet die Wärme gut ab. Sie bieten zwar Vorteile bei der Wärmeableitung in komplexen Geräten, ihre Produktionskosten sind jedoch relativ höher. Daher werden sie hauptsächlich in Stromversorgungsprodukten verwendet. 

Hybrid-Aluminium-Leiterplatte: Wenn ein Aluminium-Grundmaterial mit nicht-thermischem Material verschmolzen wird, erhält man eine Hybrid-Aluminium-Leiterplatte. Zum Beispiel 2- oder 4-lagige FR-4-Platten. Es kann mit einem dielektrischen Material auf einer Aluminiumbasis befestigt werden. 

Durchsteckbare Aluminium-Leiterplatte: Diese verfügen über bereits vorgebohrte Löcher und sind mit dielektrischem Material gefüllt. Nach der Konstruktion wird das Thermomaterial beidseitig mit geeigneten wärmegeeigneten Stoffen kaschiert. Zum Schluss werden Löcher gebohrt. Diese Löcher sorgen dafür, dass der Strom nicht dorthin gelangt, wo er nicht hingehört. 

Aluminium-Leiterplatte mit hoher Wärmeleitfähigkeit: Wie der Name schon sagt, verfügen sie über eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit. Zur Herstellung der Isolierschicht dieser Aluminium-Leiterplatten wird ein Epoxidharzmaterial verwendet. 

Hochfrequenz-Aluminium-Leiterplatte: Im Gegensatz zum oben Gesagten besteht die Isolierschicht hier aus Polyimid oder Polyolefin. In einigen Fällen kann Glasfaser in einem Epoxidharz verwendet werden. Unabhängig davon, welches Material bei der Herstellung verwendet wird, besteht das Ziel darin, die Flexibilität der Aluminium-Leiterplatte zu verbessern. 

Universelle Aluminiumplatine: Epoxidglasfaser-Prepreg bildet dabei die dielektrische Schicht.

Flexible Leiterplatten: Bei diesem PCB-Typ sind in einer Polyimidschicht Keramikfilter integriert. Die beiden Materialien stellen sicher, dass die resultierenden Leiterplatten über ausreichende Flexibilität, thermische Effizienz und elektrische Isolierung verfügen.  

Darüber hinaus ist ihre Biegefähigkeit hoch. Dies bedeutet jedoch nicht, dass sie für Anwendungen verwendet werden können, die eine ständige Biegung erfordern. Außerdem sind diese kosteneffizient und Sie benötigen für ihre Herstellung keine Kabel oder Anschlüsse. Allerdings gibt es einen Nachteil: Sie können nach der Herstellung keine Änderungen mehr vornehmen. 

Globalwell Al-basierte Leiterplatte

Die Physiologie einer Al-basierten Leiterplatte

Kupferschicht

Ein charakteristisches Merkmal dieser Schicht ist eine 1 bis 10 Unzen (oz) dicke Schicht aus elektrolytischer Kupferfolie. Kupfermaterial wird bei der Herstellung üblicherweise geätzt. Nach dem Aushärten wird die Rückseite mit Chemikalien oxidiert und die Oberfläche wird mit Zink und Messing behandelt, um Korrosion zu verhindern. 

Die Hauptfunktion dieser Schicht besteht darin, zwei Geräte zu verbinden und ihre Funktionalität zu verbessern. 

Dielektrische Schicht

Sie besteht aus einer wärmeleitenden dielektrischen Schicht und hat eine Dicke zwischen 50 µm und 200 µm. Wenn der Strom durch die Leiterplatte fließt, trägt er zur Wärmeableitung, Isolierung und zum Umgang mit mechanischer Belastung bei. 

Aluminium-Grundschicht

Daher auch der Name dieser Leiterplatte: Al-basierte Leiterplatte. Dies ist auch die Schicht, die es von den anderen Schichten unterscheidet. Der Kern dieser Schicht besteht aus Aluminiumsubstrat und eignet sich gut zum Bohren, Schneiden und Stanzen.

Denken Sie daran, nach einer Aluminiumplatte zu suchen, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, stabil und kostengünstig ist. Es wäre gut, wenn das Metall (hier Al) alle diese Voraussetzungen erfüllen würde. Wenn nicht, fügen Sie Eisen, Kupfer oder Silizium hinzu, um die Wärmeableitungsfähigkeit zu verbessern. 

Basismembran

Auch diese Schicht besteht aus einem Aluminiumlegierungssubstrat. Dadurch wird die Substratschicht vor unerwünschtem Ätzen und Kratzen geschützt. Diese Schicht ist 1 mm dick und kann in eine normale Membran (weniger als 120 °C) oder eine Anti-Hochtemperatur-Membran (250 °C) unterteilt werden. Die zweite Membran entspricht den HASL-Anforderungen und kann als Oberflächenabschluss angesehen werden. 

Die Herstellung einer Al-basierten Leiterplatte

Während Herstellung einer Al-basierten Leiterplatte, wird eine dünne dielektrische Schicht direkt zwischen die Schaltung und die Basis eingefügt. Anschließend wird die Schaltkreisschicht geätzt, sodass Sie das gewünschte Muster erhalten. Schließlich arbeiten sowohl die dielektrische Schicht als auch die Leiterplatte zusammen, um die erzeugte Wärme abzuleiten. 

Warum Aluminium bei der Herstellung von Leiterplatten verwenden?

Leichter im Gewicht

Einer der Vorteile der Verwendung von Leiterplatten ist das Gewicht des Metalls. Aluminium wiegt 169 Pfund/Kubikfuß und ist damit deutlich leichter, sodass der Hersteller die Leiterplatte problemlos mit mehr Leistung und Widerstandsfähigkeit ausstatten kann.

Dauerhaft

Als Metall gilt Aluminium als äußerst langlebig. Auch wenn bei der Produktion oder dem Versand ein leichtes Risiko besteht, dass es reißt, sollten Sie beruhigt sein. Der Einbau einer Aluminiumplatine sorgt dafür, dass dies nicht der Fall ist. Darüber hinaus wird angenommen, dass Aluminium eine bessere Festigkeit aufweist als eine Keramikbasis oder Glasfaser. 

Gut für die Umwelt. 

Der metallische Werkstoff ist zu 100 Prozent recycelbar und somit gut für die Umwelt. Was Al-PCB noch besser macht, ist, dass sie einfach zu montieren und ungiftig sind. 

Kosteneffizienz 

Dieses Metall ist eine großartige Investition, da es wetterbeständig ist. Sie lassen sich leichter abbauen und raffinieren, was die Beschaffung der Rohstoffe erleichtert. Dies wiederum macht den Produktionsprozess deutlich günstiger. 

Hervorragende Wärmeableitung

Leiterplattenkomponenten können aufgrund hoher thermischer Temperaturen beschädigt werden. Aber nicht mit Aluminium. Dies ist einer der wenigen Stoffe, die Wärme wirklich gut ableiten können. Es leitet die von den Komponenten erzeugte Wärme ab und eliminiert so jegliche Gefahr für die wesentlichen Elemente.

Nachteile von Al-basierten Leiterplatten

  • Diese sind einseitig. Die Installation von Komponenten auf beiden Seiten einer Aluminiumplatine ist schwierig. Daher gibt es Al-basierte Leiterplatten nur als einseitige Leiterplatten. 
  • Teuer. Diese kosten die Hersteller deutlich mehr als die Standard-Leiterplatten
  • Funktioniert nur für bestimmte Anwendungen: Da diese Schaltkreise hauptsächlich dort eingesetzt werden, wo die Wärmeentwicklung so hoch ist, können sie nur in bestimmten elektronischen Bauteilen verwendet werden. Ein Beispiel hierfür ist LED. 

Leistung von Al-basierten Leiterplatten

Dimensionsstabilität

Im Vergleich zu herkömmlichen Leiterplatten ist die Dimensionsstabilität von Aluminium-Leiterplatten viel höher. Beispielsweise ändern sich die Abmessungen bis 150 °C nur um 2,5 bis 3,01 TP3T. Bei höheren Temperaturen kann sich die Geschichte jedoch ändern. 

Wärmeableitung

Sie wissen vielleicht, dass mehrere Substrate, die zur Herstellung von Leiterplatten verwendet werden, darunter FR4, schlechte Wärmeleiter sind. Die Situation wird noch schlimmer, wenn die von den elektronischen Geräten mit einem bestimmten PCB-Design erzeugte Wärme Wärme erzeugt, die sich schnell ausbreitet. Beides zusammen kann verheerende Folgen haben und manchmal zum Ausfall der elektronischen Komponente führen. Ein Aluminiumsubstrat bewältigt dies sehr gut. 

Wärmeausdehnung

Aluminium ist, wie wir bereits besprochen haben, hervorragend geeignet, die Wärme gleichmäßig zu verteilen, sodass keine Schäden an den Bauteilen entstehen. Dadurch wird im Wesentlichen die Ausdehnung und Kontraktion des Materials gesteuert. Dadurch wird die Leiterplatte langlebiger und zuverlässiger. 

Andere Leistungsindikatoren

Abgesehen von den oben genannten drei gibt es noch ein weiteres Material, nämlich das Keramiksubstrat. Dieser Stoff bietet einen verbesserten Schutz vor Hitze und senkt somit letztendlich die Produktionskosten. 

Globalwell Al-basierte Leiterplatte 2

Fehlerbehebung bei der Herstellung von Aluminium-Leiterplatten und -Lösungen

Ausgabe Nr. 1: Ätzen dicker Kupferfolie

Diese Aluminium-Leiterplatten werden im Allgemeinen in Geräten mit hoher Leistungsdichte verwendet und erfordern daher eine dicke Kupferfolie. Wenn die Kupferfolie jedoch dicker als 3 Unzen ist, ist es wichtig, die Breite der Linien zu ändern. Andernfalls ist die Leiterbahnbreite nach dem Ätzen entweder zu breit oder zu schmal. Um sicherzustellen, dass alles gut läuft, passen Sie daher die Leiterbahnbreite an das Design an.

Lösungen:

  • Entwerfen Sie die Ätzkompensation für die Leiterbahnbreite richtig
  • Kontrollieren Sie die am Ätzen beteiligten Elemente streng
  • Entfernen Sie alle Auswirkungen, die das Anbringen von Spuren auf deren Breite oder Abstand haben könnte

Ausgabe Nr. 2: Mechanische Fertigung

Zu den mechanischen Prozessen bei der Herstellung von Leiterplatten auf Al-Basis gehören Fräsen, Bohren und Formen. Während diese Prozesse ausgeführt werden, werden V-Scoring und Grat kann in den Löchern zurückbleiben. Dadurch können die elektrischen Verbindungen schwach werden. 

Lösungen: Hier erfahren Sie, wie dies überwunden werden kann. 

  • Verwenden Sie professionelle Fräsmaschinen und elektrische Fräsmaschinen für die Fertigung in kleinem Maßstab.
  • Passen Sie die Bohrparameter auf dicken Kupfer-Aluminium-Leiterplatten an. 
  • Behalten Sie beim Formen die Technik und das Muster im Auge.

Problem Nr. 3: Lötmaskendruck

Das Auftragen einer Lötmaske auf eine dicke Kupferfolie einer Aluminium-Leiterplatte ist schwierig. Wenn das Kupfer also auch nach dem Ätzen dicker als gewöhnlich ist, ist es zwischen der Oberfläche der Leiterbahn und der restlichen Platine sichtbar. Dies erschwert den Lotauftrag. 

Lösungen: 

  • Erwägen Sie den zweifachen Druck der Lötstoppmaske.
  • Verwenden Sie hochwertiges Lötmaskenöl.
  • Es kann auch eine Methode verwendet werden, bei der eine Harzfüllung und anschließend eine Lötmaske verwendet werden. 

Anwendungen von Al-basierten Leiterplatten

  • Audiogeräte: Audioverstärker, Leistungsverstärker, Vorverstärker, Eingangs- und Ausgangsverstärker, symmetrische Verstärker usw.
  • Elektronische Kommunikationsgeräte: Hochfrequenzverstärker, Filterstromkreise, 
  • Computer: Netzteil, Motherboard und Diskettenlaufwerk.
  • Elektronische Steuerung: die verschiedenen Komponenten im Schaltkreis, Transistorbasis, Relais
  • Beleuchtung: LED-Leuchten
  • Leistungsmodule: Wechselrichter, Gleichrichterbrücken, Halbleiterrelais
  • Stromversorgung: Klimaanlage, DC-AC-Adapter, Stabilisator
  • Automatisches Büro: Kraftfahrer
  • Industriefahrzeuge: Zündung, automatisches Sicherheitskontrollsystem, Lichtumwandlungssystem und Spannungsregler
  • Schalter: Halbleiterbauelemente, Halbleiterbauelemente, Motorsteuerungen, 
  • Büro: Kraftfahrer

Abschiedsgedanken

Sie wissen also inzwischen, dass Aluminium-Leiterplatten eine hohe Wärmeleitfähigkeit und Wärmeableitung bieten und ein guter Ersatz für die Keramiksubstrate sind. Dadurch eignen sie sich perfekt für den Einsatz in unterschiedlichen Branchen. Sie müssen jedoch darauf achten, dass diese Platinen von einem zuverlässigen Hersteller stammen. Prüfen Sie daher die Erfahrung und die Fähigkeit, Ihren spezifischen Anforderungen gerecht zu werden.

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