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PCB basato su Al

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PANORAMICA

Come sappiamo, i PCB possono essere prodotti utilizzando diversi metalli come substrati. Una delle opzioni è l'alluminio. Questi PCB in alluminio sono utilizzati in molti settori perché sono bravi a condurre il calore e a isolare l'elettricità. Queste qualità contribuiscono alle loro prestazioni superiori. Ma cos’altro possono offrire? Scopriamolo in questo articolo esaustivo.

Cos'è un PCB basato su Al?

È un tipo di PCB realizzato con un nucleo in alluminio insieme a un materiale FR4 standard. Invece di fibra di vetro o plastica, questi PCB utilizzano substrati metallici. Di solito, ti imbatterai in PCB a faccia singola e doppia a base di alluminio. Tuttavia, i PCB multistrato sono rari perché sono difficili da realizzare. 

Questo è anche il motivo per cui vengono utilizzati principalmente nella produzione di LED. Questi oggetti che emettono luce producono calore, che viene effettivamente disperso dall'alluminio e aumenta la durata di vita di un LED. Alcuni esempi includono substrati di alluminio nei lampioni e nell’illuminazione domestica. Anche altri settori utilizzano PCB a base di alluminio, ma non sono così comuni come l’illuminazione.

PCB basato su Al Globalwell 1

Tipi di PCB basati su Al?

PCB multistrato: Ha molti strati di materiale dielettrico con passaggi ciechi e sono bravi a dissipare il calore. Sebbene siano vantaggiosi nella dissipazione del calore in dispositivi complessi, il loro costo di produzione è relativamente più elevato. Pertanto, vengono utilizzati principalmente nei prodotti di alimentazione. 

PCB ibrido in alluminio: quando un materiale di base in alluminio viene fuso con materiale non termico, si ottiene un PCB ibrido in alluminio. Ad esempio, pannelli FR-4 a 2 o 4 strati. Può essere fissato ad una base di alluminio utilizzando un materiale dielettrico. 

PCB in alluminio a foro passante: Sono dotati di fori già praticati e sono riempiti di materiale dielettrico. Dopo la costruzione, il materiale termico viene laminato su entrambi i lati con opportune sostanze adatte al calore. Infine vengono praticati i fori. Questi fori assicurano che l'elettricità non viaggi dove non dovrebbe. 

PCB in alluminio ad alta conduttività termica: Come suggerisce il nome, sono meravigliosi in termini di conduttività termica. Per realizzare lo strato isolante di questi tipi di PCB in alluminio viene utilizzato un materiale in resina epossidica. 

PCB in alluminio ad alta frequenza: Contrariamente a quanto sopra, lo strato isolante in questo comprende poliimmide o poliolefina. In alcuni casi, la fibra di vetro può essere utilizzata in una resina epossidica. Ma, indipendentemente dal materiale utilizzato nella sua produzione, l’obiettivo è migliorare la flessibilità del PCB in alluminio. 

PCB universale in alluminio: Il prepreg in fibra di vetro epossidica costituisce lo strato dielettrico in questo.

PCB flessibili: In questo tipo di PCB, uno strato di poliimmide incorpora filtri ceramici. I due materiali garantiscono che i PCB risultanti abbiano sufficiente flessibilità, efficienza termica e isolamento elettrico.  

Inoltre, la loro capacità di flessione è elevata. Ma ciò non implica che possano essere utilizzati per applicazioni che richiedono una flessione costante. Inoltre, sono economici e non avrai bisogno di cavi o connettori per realizzarli. C’è però uno svantaggio: non è possibile apportare modifiche una volta prodotto. 

PCB basato su Al Globalwell

La fisiologia di un PCB a base di alluminio

Strato di rame

Uno strato spesso da 1 a 10 once (oz) di lamina di rame elettrolitico è una caratteristica distintiva di questo strato. Il materiale in rame viene solitamente inciso durante la produzione. Una volta indurito, il lato posteriore subisce ossidazione con prodotti chimici e la superficie viene trattata con zinco e ottone per prevenire la corrosione. 

La funzione principale di questo livello è connettere due dispositivi e migliorarne la funzionalità. 

Strato dielettrico

Costituito da uno strato dielettrico termicamente conduttivo, ha uno spessore compreso tra 50 µm e 200 µm. Quando la corrente scorre attraverso il PCB, aiuta nella dissipazione del calore, nell'isolamento e nella gestione delle sollecitazioni meccaniche. 

Strato di base in alluminio

Questo è ciò che dà il nome a questo PCB, PCB basato su Al. Questo è anche lo strato che lo rende diverso dagli altri strati. Il nucleo di questo strato è costituito da un substrato di alluminio ed è particolarmente adatto per foratura, taglio e punzonatura.

Ricorda di cercare una piastra in alluminio che abbia un'elevata conduttività termica, sia solida ed economica. Sarebbe bello se il metallo (Al qui) soddisfacesse tutti questi prerequisiti. In caso contrario, aggiungi ferro, rame o silicio per migliorare la sua capacità di dissipazione del calore. 

Membrana basale

Ancora una volta, questo strato è costituito da un substrato di lega di alluminio. Ciò aiuta a salvaguardare lo strato del substrato da incisioni e raschiature indesiderate. Questo strato ha uno spessore di 1 mm e può essere suddiviso in membrana ordinaria (meno di 120°C) o anti-alta temperatura (250°C). La seconda membrana rispetta i requisiti HASL e può essere vista come finitura superficiale. 

La realizzazione di un PCB basato su Al

Mentre realizzare un PCB basato su Al, un sottile strato dielettrico è inserito proprio tra il circuito e la base. Successivamente, lo strato del circuito viene inciso in modo da ricevere il modello di cui hai bisogno. Infine, sia lo strato dielettrico che il circuito lavorano insieme per eliminare il calore generato. 

Perché utilizzare l'alluminio nella produzione di PCB?

Più leggero

Uno dei vantaggi dell'utilizzo dei PCB è il peso del metallo. L'alluminio pesa 169 libbre/piede cubo, ovvero un peso notevolmente leggero, consentendo al produttore di aggiungere più potenza e resistenza al circuito stampato.

Durevole

Come metallo, l'alluminio è considerato altamente durevole. Anche se c'è un leggero rischio che si strappi durante la produzione o la spedizione, dovresti stare tranquillo. L'inclusione di un circuito in alluminio garantisce che ciò non accada. Non solo, si ritiene che l'alluminio abbia una resistenza migliore rispetto a una base in ceramica o fibra di vetro. 

Buono per l'ambiente. 

La sostanza metallica è riciclabile al 100%, il che significa che fa bene all'ambiente. Ciò che rende gli Al-PCB ancora migliori è che sono facili da assemblare e non sono tossici. 

Efficienza dei costi 

Questo metallo è un ottimo investimento in quanto è adatto a tutte le stagioni. Sono più facili da estrarre e da raffinare, facilitando l'approvvigionamento delle materie prime. Ciò, a sua volta, rende il processo di produzione molto più economico. 

Eccellente dissipazione del calore

I componenti PCB sono soggetti a danni a causa delle elevate temperature termiche. Ma non con l'alluminio. Questa è una delle poche sostanze in grado di dissipare il calore molto bene. Toglie il calore prodotto dai componenti, eliminando ogni rischio per gli elementi essenziali.

Svantaggi dei PCB a base di alluminio

  • Questi sono unilaterali. L'installazione di componenti su entrambi i lati di un PCB in alluminio è complessa. Pertanto, avrai PCB basati su Al solo come schede a lato singolo. 
  • Costoso. Questi costano ai produttori molto di più dei PCB standard
  • Funziona solo per applicazioni specifiche: Poiché questi circuiti vengono applicati principalmente dove la generazione di calore è elevata, possono essere utilizzati solo in alcuni componenti elettronici specifici. Un esempio di questo è il LED. 

Prestazioni di PCB a base di alluminio

Stabilità dimensionale

Rispetto al PCB tradizionale, la stabilità dimensionale del PCB in alluminio è molto più elevata. Ad esempio, le dimensioni cambieranno solo di 2,5 ~ 3,0% fino a 150 °C. Tuttavia, la storia potrebbe cambiare a temperature più elevate. 

Dissipazione di calore

Potresti essere consapevole che diversi substrati utilizzati per realizzare PCB, incluso FR4, sono cattivi conduttori di calore. La situazione peggiora quando il calore prodotto dai dispositivi elettronici che contengono uno specifico design PCB produce calore che si muove rapidamente. I due combinati possono provocare danni, portando talvolta al guasto del componente elettronico. Un substrato di alluminio lo gestisce molto bene. 

Dilatazione termica

L'alluminio, come abbiamo già discusso, è ottimo nel distribuire il calore in modo uniforme in modo che non si verifichino danni ai componenti. Ciò controlla essenzialmente l'espansione e la contrazione del materiale. Pertanto, rende il PCB più durevole e affidabile. 

Altri indicatori di prestazione

Oltre ai tre precedenti, esiste ancora un altro materiale, ovvero il substrato ceramico. Questa sostanza fornisce una maggiore protezione dal calore e, quindi, riduce i costi di produzione alla fine. 

PCB Globalwell basato su Al 2

Risoluzione dei problemi relativi alle difficoltà nella produzione di PCB e soluzioni in alluminio

Emissione n. 1: Incisione su lamina di rame spessa

Questi circuiti stampati in alluminio sono generalmente utilizzati in apparecchi ad alta densità di potenza e pertanto richiedono un foglio di rame spesso. Tuttavia, quando il foglio di rame è più spesso di 3 once, è importante modificare la larghezza delle linee. Oppure la larghezza della traccia sarà troppo ampia o troppo stretta dopo l'incisione. Pertanto, per garantire che tutto vada bene, regolare la larghezza della traccia in modo che corrisponda al disegno.

Soluzioni:

  • Progettare correttamente la compensazione dell'incisione per la larghezza della traccia
  • Controlla rigorosamente gli elementi coinvolti nell'incisione
  • Rimuovere eventuali effetti che la creazione di tracce potrebbe avere sulla larghezza o sulla distanza tra loro

Emissione n. 2: Produzione meccanica

I processi meccanici inclusi nella realizzazione di PCB a base di alluminio comprendono fresatura, foratura e stampaggio. Mentre questi processi vengono eseguiti, v-scoring e bava potrebbero rimanere all'interno dei fori. Ciò può indebolire i collegamenti elettrici. 

Soluzioni: Ecco come si può superare questo problema. 

  • Utilizza frese professionali e fresatrici elettriche per la produzione su piccola scala.
  • Regola i parametri di perforazione su PCB in alluminio rame spesso. 
  • Tieni d'occhio la tecnica e il modello durante lo stampaggio con stampo.

Problema n.3: Stampa di maschere di saldatura

Applicare una maschera di saldatura su uno spesso foglio di rame di un PCB in alluminio è difficile. Quindi, se il rame è più spesso del solito, anche dopo l'incisione, sarà visibile tra la superficie della traccia e la tavola rimanente. Ciò rende difficile l'applicazione della saldatura. 

Soluzioni: 

  • Prendi in considerazione la stampa della maschera di saldatura due volte.
  • Utilizzare olio per maschera di saldatura di alta qualità.
  • Può essere utilizzato anche un metodo che utilizza il riempimento con resina seguito da una maschera di saldatura. 

Applicazioni di PCB a base di alluminio

  • Apparecchiature audio: amplificatori audio, amplificatori di potenza, preamplificatori, amplificatori di ingresso e uscita, amplificatori bilanciati, ecc.
  • Apparecchiature elettroniche di comunicazione: amplificatori ad alta frequenza, circuiti elettrici di filtraggio, 
  • Computer: dispositivo di alimentazione, scheda madre e unità floppy disk.
  • Controllo elettronico: i vari componenti del circuito, base transistor, relè
  • Illuminazione: luci a LED
  • Moduli di potenza: inverter, ponti raddrizzatori, relè solidi
  • Alimentazione: condizionatore, adattatore DC-AC, stabilizzatore
  • Ufficio automatico: conducente del motore
  • Veicoli industriali: accensione, sistema di controllo automatico di sicurezza, sistema di conversione dell'illuminazione e regolatore di tensione
  • Interruttori: dispositivi a semiconduttore, dispositivi a semiconduttore, controllori di motori, 
  • Ufficio: autista

Pensieri di addio

Quindi, ormai, sai che i PCB in alluminio offrono elevata conduttività termica e dissipazione del calore e sono un buon sostituto dei substrati ceramici. Questi li rendono perfetti per l’utilizzo in diversi settori. Tuttavia, è necessario assicurarsi che queste schede provengano da un produttore affidabile. Quindi, controlla l'esperienza e la loro capacità di soddisfare i tuoi requisiti specifici.

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