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AlベースPCB

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PCB のプロトタイプと製造の分野で 10 年以上の経験を持つ当社は、品質、納期、費用対効果、その他の厳しい要求の点で、さまざまな業界のお客様のニーズを満たすことに尽力しています。 

世界で最も経験豊富な PCB メーカーの 1 つとして、当社は PCB ニーズのあらゆる側面において、お客様の最良のビジネス パートナーであると同時に良き友人であることを誇りに思っています。
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概要

ご存知のとおり、PCB はさまざまな金属を基板として使用して製造できます。選択肢の1つはアルミニウムです。これらのアルミニウム PCB は、熱伝導性と電気絶縁性に優れているため、多くの産業で使用されています。これらの品質は、優れたパフォーマンスに貢献します。しかし、他に何を提供できるでしょうか?この包括的な記事で調べてみましょう。

Al系PCBとは何ですか?

これは、標準の FR4 材料とともにアルミニウムコアで作られた PCB のタイプです。これらの PCB では、グラスファイバーやプラスチックの代わりに金属基板が使用されます。通常、片面および両面のアルミニウムベースの PCB が使用されます。ただし、多層 PCB は製造が難しいため、まれです。 

これが、LED の製造に主に利用される理由でもあります。これらの発光物体は熱を発生しますが、その熱はアルミニウムによって効果的に放散され、LED の寿命が延びます。例としては、街路灯や家庭用照明のアルミニウム基板が挙げられます。他の業界でもアルミニウムベースの PCB が使用されていますが、照明ほど一般的ではありません。

Globalwell Al ベース PCB 1

Al系PCBの種類は?

多層プリント基板: ブラインドビアを備えた誘電体材料の層が多数あり、熱の放散に優れています。ただし、複雑なデバイスの熱放散には有利ですが、製造コストは比較的高くなります。そのため、主に電源製品に使用されています。 

ハイブリッドアルミニウムPCB: アルミニウムのベース材料を非熱材料と融合すると、ハイブリッド アルミニウム PCB が得られます。たとえば、2 層または 4 層の FR-4 ボードです。誘電体材料を使用してアルミニウムベースに取り付けることができます。 

スルーホールアルミ基板: これらにはすでに穴が開けられており、誘電体材料が充填されています。施工後、断熱材の両面に熱に適した物質をラミネートします。最後に穴を開けます。これらの穴により、電気が流れるべきでない場所に流れることがなくなります。 

高熱伝導性アルミニウムPCB: その名の通り、熱伝導性に優れています。このタイプのアルミニウム基板の絶縁層にはエポキシ樹脂材料が使用されます。 

高周波アルミ基板: 上記とは逆に、この場合の絶縁層はポリイミドまたはポリオレフィンで構成されます。場合によっては、エポキシ樹脂にガラス繊維が使用されることがあります。ただし、製造にどのような材料が使用されるとしても、目的はアルミニウム PCB の柔軟性を向上させることです。 

ユニバーサルアルミニウムPCB: エポキシガラス繊維プリプレグで誘電体層を作ります。

フレキシブル基板: このタイプの PCB では、ポリイミド層にセラミック フィルターが組み込まれています。この 2 つの材料により、得られる PCB は十分な柔軟性、熱効率、電気絶縁性を確保できます。  

さらに、曲げ能力も高いです。しかし、これは、一定の曲げが要求される用途に使用できることを意味するものではありません。また、これらはコスト効率が高く、製造時にケーブルやコネクタは必要ありません。ただし、一度製造してしまうと変更ができないというデメリットもあります。 

Globalwell アルミニウムベース PCB

Al ベース PCB の生理学

銅層

1 ~ 10 オンス (オンス) の厚さの電解銅箔層がこの層の際立った特徴です。銅材料は通常、製造中にエッチングされます。硬化後、裏面を薬品で酸化し、表面を亜鉛と真鍮で腐食を防ぐ処理をします。 

この層の主な機能は、2 つのデバイスを接続し、その機能を向上させることです。 

誘電体層

これは熱伝導性の誘電体層で構成されており、厚さは 50µm ~ 200µm の間です。電流が PCB を流れると、放熱、絶縁、機械的ストレスの処理に役立ちます。 

アルミニウム基層

これが、この PCB の名前の由来である Al ベース PCB です。これは他のレイヤーと異なるレイヤーでもあります。この層のコアはアルミニウム基板で構成されており、穴あけ、切断、パンチングに適しています。

熱伝導率が高く、丈夫で、コスト効率の高いアルミニウム板を選ぶようにしてください。金属(ここではAl)がこれらの前提条件をすべて満たしていれば良いでしょう。そうでない場合は、鉄、銅、シリコンを添加して放熱性を高めます。 

ベースメンブレン

この層もアルミニウム合金基板で構成されています。これは、基板層を不要なエッチングや削れから保護するのに役立ちます。この層の厚さは1mmで、通常の膜(120℃未満)と耐高温膜(250℃)に分けることができます。 2 番目のメンブレンは HASL 要件に従っており、表面仕上げとして見ることができます。 

AlベースPCBの作成

その間 AlベースPCBの製造、薄い誘電体層が回路とベースの間に挿入されます。この後、必要なパターンが得られるように回路層がエッチングされます。最後に、誘電体層と回路基板の両方が連携して、発生する熱を除去します。 

PCB の製造にアルミニウムを使用する理由

軽量化

PCB を使用する利点の 1 つは、金属の重量です。アルミニウムの重さは 169 ポンド/立方フィートで非常に軽いため、メーカーはプリント基板にさらに大きな電力と弾力性を追加することが容易になります。

耐久性のある

アルミニウムは金属として耐久性に優れていると考えられています。製造中や配送中に破れてしまう可能性が多少ありますが、ご安心ください。アルミニウム回路基板が組み込まれているため、そのようなことはありません。それだけでなく、アルミニウムはセラミックベースやグラスファイバーよりも優れた強度を持っていると考えられています。 

環境に良い。 

金属物質は 100% リサイクル可能であり、環境に優しいことを意味します。 Al-PCB がさらに優れているのは、組み立てが簡単で、毒性がないことです。 

コスト効率 

この金属は全天候に適しているため、素晴らしい投資です。採掘や精製が容易なため、原料の調達が容易になります。これにより、製造プロセスが大幅に安価になります。 

優れた放熱性

PCB コンポーネントは、高温により損傷を受けやすくなります。しかし、アルミニウムではそうではありません。これは、熱をうまく放散できる唯一の物質の 1 つです。コンポーネントから発生する熱を取り除き、重要な要素へのリスクを排除します。

AlベースPCBの欠点

  • これらは片面です。アルミニウム PCB の両面にコンポーネントを取り付けるのは困難です。したがって、Al ベースの PCB は片面基板のみとなります。 
  • 高い。これらはメーカーにとって標準的な PCB よりもはるかに高価です
  • 特定のアプリケーションでのみ動作します: これらの回路は主に発熱が非常に高い場所に適用されるため、一部の特定の電子部品でのみ使用できます。その一例が LED です。 

Al基PCBの性能

寸法安定性

従来の PCB と比較して、アルミニウム PCB の寸法安定性ははるかに優れています。例えば150℃まで寸法は2.5~3.0%しか変化しません。ただし、より高い温度では話が変わる可能性があります。 

放熱

FR4 を含む、PCB の製造に使用されるいくつかの基板が熱伝導性に優れていることはご存知かもしれません。特定の PCB 設計を含む電子デバイスから発生する熱が急速に移動すると、状況はさらに悪化します。この 2 つが組み合わされると大混乱が発生し、場合によっては電子コンポーネントの故障につながる可能性があります。アルミニウム基板はこれに非常にうまく対応します。 

熱膨張

すでに説明したように、アルミニウムは熱を均一に分散させるのに優れており、コンポーネントに損傷を与えません。これは基本的に材料の膨張と収縮を制御します。したがって、PCB の耐久性と信頼性が向上します。 

その他のパフォーマンス指標

上記の 3 つとは別に、さらにもう 1 つの材料があります。それはセラミック基板です。この物質は熱からの保護を強化するため、最終的には生産コストを削減します。 

Globalwell AlベースPCB 2

アルミニウム PCB 製造における問題点のトラブルシューティングと解決策

発行番号1: 厚い銅箔のエッチング

これらのアルミニウム回路基板は一般に高電力密度の機器に使用されるため、厚い銅箔が必要です。ただし、銅箔が 3 オンスより厚い場合は、線の幅を変更することが重要です。そうしないと、エッチング後のトレース幅が広すぎるか狭すぎることになります。したがって、すべてがうまくいくように、デザインに合わせてトレース幅を調整してください。

解決策:

  • トレース幅のエッチング補正を正しく設計する
  • エッチングに関わる要素を厳密に管理
  • トレースの作成がトレースの幅や距離に与える影響を除去します。

発行番号2: 機械製造

Al ベース PCB の製造に含まれる機械プロセスには、フライス加工、穴あけ、成形が含まれます。これらのプロセスが実行される間、v スコアリングと バリ 穴の中に残る可能性があります。これにより、電気接続が弱くなる可能性があります。 

解決策: これを克服する方法は次のとおりです。 

  • 小規模製造にはプロ仕様のフライスと電動フライスを使用します。
  • 厚い銅アルミニウム PCB の穴あけパラメータを調整します。 
  • 金型成形の際は、技法やパターンに注目してください。

第 3 号: ソルダーマスク印刷

アルミ基板の厚い銅箔にソルダーマスクを塗布するのは困難です。したがって、銅が通常より厚い場合は、エッチング後であっても、トレースの表面と残りの基板の間に銅が目立ちます。これにより、はんだ付けが困難になります。 

解決策: 

  • 2 回のソルダーマスク印刷を検討してください。
  • 高品質のソルダーレジストオイルを使用してください。
  • 樹脂充填後にソルダーマスクを使用する方法も使用できます。 

Al系PCBの応用例

  • オーディオ機器:オーディオアンプ、パワーアンプ、プリアンプ、入出力アンプ、バランスアンプなど
  • 通信用電子機器:高周波増幅器、フィルター電気回路、 
  • コンピュータ:電源装置、マザーボード、フロッピーディスクドライブ。
  • 電子制御: 回路内のいくつかのコンポーネント、トランジスタベース、リレー
  • 照明:LEDライト
  • パワーモジュール: インバータ、整流器ブリッジ、ソリッドリレー
  • 電源:コンディショナー、DC-ACアダプター、スタビライザー
  • 自動事務機:モータードライバー
  • 産業車両:点火装置、自動安全制御システム、照明変換システム、電圧調整器
  • スイッチ:半導体デバイス、半導体デバイス、モーターコントローラー、 
  • 事務所:モータードライバー

別れの思い

アルミニウム PCB は高い熱伝導率と放熱性を備え、セラミック基板の優れた代替品であることはもうおわかりでしょう。これらにより、さまざまな分野での使用に最適になります。ただし、これらのボードが信頼できるメーカーからのものであることを確認する必要があります。したがって、エクスペリエンスと、特定の要件を満たす能力を確認してください。

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