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PCB baseado em Al

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Bem-vindo à globalwellpcba

Com mais de uma década na área de protótipo e fabricação de PCB, estamos comprometidos em atender às necessidades de nossos clientes de diversos setores em termos de qualidade, entrega, economia e quaisquer outras solicitações exigentes. 

Como um dos fabricantes de PCB mais experientes do mundo, temos orgulho de ser seus melhores parceiros de negócios, bem como bons amigos em todos os aspectos de suas necessidades de PCB.
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VISÃO GERAL

Como sabemos, os PCBs podem ser fabricados utilizando diferentes metais como substratos. Uma das opções é o alumínio. Esses PCBs de alumínio são usados em muitas indústrias porque são bons na condução de calor e no isolamento de eletricidade. Essas qualidades contribuem para seu desempenho superior. Mas o que mais eles podem oferecer? Vamos descobrir neste artigo abrangente.

O que é um PCB baseado em Al?

É um tipo de PCB feito com núcleo de alumínio e material FR4 padrão. Em vez de fibra de vidro ou plástico, esses PCBs usam substratos metálicos. Normalmente, você encontrará PCBs à base de alumínio de um e dois lados. No entanto, PCBs multicamadas são raros porque são difíceis de fabricar. 

É também por isso que eles são utilizados principalmente na produção de LEDs. Esses objetos emissores de luz produzem calor, que é efetivamente direcionado pelo alumínio e aumenta a vida útil de um LED. Alguns exemplos incluem substratos de alumínio em iluminação pública e iluminação doméstica. Outras indústrias também usam PCBs à base de alumínio, mas não são tão comuns quanto a iluminação.

Globalwell PCB 1 baseado em Al

Tipos de PCB baseado em Al?

PCB multicamadas: Possui muitas camadas de material dielétrico com vias cegas e são boas na dissipação de calor. Embora sejam vantajosos na dissipação de calor em dispositivos complexos, o seu custo de produção é relativamente mais elevado. Portanto, eles são usados principalmente em produtos de fonte de alimentação. 

PCB de alumínio híbrido: quando um material de base de alumínio é fundido com material não térmico, você obtém uma PCB de alumínio híbrido. Por exemplo, placas FR-4 de 2 ou 4 camadas. Pode ser fixado a uma base de alumínio por meio de um material dielétrico. 

PCB de alumínio com furo passante: Estes vêm com furos já perfurados e são preenchidos com material dielétrico. Após a construção, o material térmico é laminado em ambas as faces com substâncias adequadas ao calor. Finalmente, os furos são feitos. Esses buracos garantem que a eletricidade não viaje para onde não deveria. 

PCB de alumínio de alta condutividade térmica: Como o nome sugere, eles são maravilhosos em condutividade térmica. Um material de resina epóxi é usado para fazer a camada isolante desses tipos de PCB de alumínio. 

PCB de alumínio de alta frequência: Ao contrário do acima exposto, a camada isolante compreende poliimida ou poliolefina. Em alguns casos, a fibra de vidro pode ser usada em uma resina epóxi. Mas, independentemente do material utilizado na sua fabricação, o objetivo é melhorar a flexibilidade do PCB de alumínio. 

PCB universal de alumínio: O pré-impregnado de fibra de vidro epóxi forma a camada dielétrica.

PCBs flexíveis: Neste tipo de PCB, uma camada de poliimida incorpora filtros cerâmicos. Os dois materiais garantem que os PCBs resultantes tenham flexibilidade, eficiência térmica e isolamento elétrico suficientes.  

Além disso, a sua capacidade de flexão é elevada. Mas isso não significa que possam ser usados para aplicações que exigem flexão constante. Além disso, são econômicos e você não precisará de cabos ou conectores para fabricá-los. No entanto, há uma desvantagem: você não pode fazer alterações depois de fabricado. 

Globalwell PCB baseado em Al

A fisiologia de um PCB baseado em Al

Camada de cobre

Uma camada de folha de cobre eletrolítico de 1 a 10 onças (oz) de espessura é uma característica distintiva desta camada. O material de cobre geralmente é gravado durante a produção. Depois de endurecido, o verso sofre oxidação com produtos químicos e a superfície é tratada com zinco e latão para evitar corrosão. 

A principal função desta camada é conectar dois dispositivos e melhorar sua funcionalidade. 

Camada dielétrica

Composto por uma camada dielétrica termicamente condutora, tem algo entre 50 µm e 200 µm de espessura. Quando a corrente flui através do PCB, ela ajuda na dissipação de calor, no isolamento e no tratamento do estresse mecânico. 

Camada base de alumínio

É isso que dá nome a este PCB, PCB baseado em Al. Esta também é a camada que o diferencia das outras camadas. O núcleo desta camada é feito de substrato de alumínio e é adequado para perfuração, corte e puncionamento.

Lembre-se de procurar uma placa de alumínio que tenha alta condutividade térmica, seja firme e econômica. Seria bom se o metal (Al aqui) preenchesse todos estes pré-requisitos. Caso contrário, adicione ferro, cobre ou silício para melhorar sua capacidade de dissipação de calor. 

Membrana base

Novamente, esta camada consiste num substrato de liga de alumínio. Isso ajuda a proteger a camada de substrato contra corrosão e raspagem indesejadas. Esta camada tem 1mm de espessura e pode ser dividida em membrana comum (menos de 120°C) ou anti-alta temperatura (250°C). A segunda membrana atende aos requisitos HASL e pode ser vista como acabamento superficial. 

A fabricação de um PCB baseado em Al

Enquanto fazendo um PCB baseado em Al, uma fina camada dielétrica é inserida entre o circuito e a base. Depois disso, a camada do circuito é gravada para que você receba o padrão necessário. Finalmente, tanto a camada dielétrica quanto a placa de circuito trabalham juntas para eliminar o calor gerado. 

Por que usar alumínio na fabricação de PCB?

Mais leve

Uma das vantagens de usar PCBs é o peso do metal. O alumínio pesa 169 lb/pé cúbico, o que é significativamente leve, tornando mais fácil para o fabricante adicionar mais potência e resiliência à placa de circuito impresso.

Durável

Por ser metal, o alumínio é considerado altamente durável. Mesmo que haja um pequeno risco de rasgar durante a produção ou envio, você deve ficar tranquilo. A inclusão de uma placa de circuito de alumínio garante que isso não aconteça. Além disso, acredita-se que o alumínio tenha melhor resistência do que uma base de cerâmica ou fibra de vidro. 

Bom para o ambiente. 

A substância metálica é 100% reciclável, o que significa que é boa para o meio ambiente. O que torna o Al-PCB ainda melhor é que eles são fáceis de montar e não são tóxicos. 

Eficiência de custos 

Este metal é um ótimo investimento, pois é adequado para qualquer clima. Eles são mais fáceis de extrair e refinar, facilitando a aquisição de matérias-primas. Isso, por sua vez, torna o processo de produção muito mais barato. 

Excelente dissipação de calor

Os componentes do PCB estão sujeitos a danos devido às altas temperaturas térmicas. Mas não com alumínio. Esta é uma das únicas substâncias que podem dissipar muito bem o calor. Retira o calor produzido pelos componentes, eliminando qualquer risco aos elementos essenciais.

Desvantagens do PCB baseado em Al

  • Estes são unilaterais. Instalar componentes em ambos os lados de uma placa de circuito impresso de alumínio é difícil. Portanto, você terá PCBs baseados em Al apenas como placas de um lado. 
  • Caro. Estes custam aos fabricantes muito mais do que os PCBs padrão
  • Funciona apenas para aplicações específicas: Como esses circuitos são aplicados principalmente onde a geração de calor é muito alta, eles podem ser usados apenas em alguns componentes eletrônicos específicos. Um exemplo disso é o LED. 

Desempenho de PCB baseado em Al

Estabilidade dimensional

Em comparação com o PCB tradicional, a estabilidade dimensional do PCB de alumínio é muito maior. Por exemplo, as dimensões mudarão apenas 2,5 ~ 3,0% até 150 °C. No entanto, a história pode mudar em temperaturas mais altas. 

Dissipação de calor

Você deve estar ciente de que vários substratos usados para fazer PCBs, incluindo FR4, são maus condutores de calor. A situação piora quando o calor produzido pelos dispositivos eletrônicos que contêm um design específico de PCB produz calor que se move rapidamente. Os dois combinados podem causar estragos, às vezes levando à falha do componente eletrônico. Um substrato de alumínio lida muito bem com isso. 

Expansão térmica

O alumínio, como já discutimos, é ótimo para distribuir o calor de maneira uniforme, para que não ocorram danos aos componentes. Isso essencialmente controla a expansão e contração do material. Assim, torna o PCB mais durável e confiável. 

Outros indicadores de desempenho

Além dos três acima, existe ainda outro material, que é o substrato cerâmico. Essa substância proporciona maior proteção contra o calor e, assim, reduz o custo de produção no final. 

Globalwell PCB 2 baseado em Al

Solução de problemas na fabricação de PCBs e soluções de alumínio

Edição nº. 1: Gravura em folha de cobre espessa

Essas placas de circuito de alumínio são geralmente usadas em aparelhos de alta densidade de potência e, portanto, requerem uma folha espessa de cobre. No entanto, quando a folha de cobre for mais espessa que 3 onças, é importante alterar a largura das linhas. Caso contrário, a largura do traço ficará muito larga ou muito estreita após a gravação. Portanto, para garantir que tudo corra bem, ajuste a largura do traço para corresponder ao design.

Soluções:

  • Projete a compensação de gravação para a largura do traço corretamente
  • Controle estritamente os elementos envolvidos na gravação
  • Remova quaisquer efeitos que a criação de traços possa ter na largura ou distância entre eles

Edição nº. 2: Fabricação Mecânica

Os processos mecânicos incluídos na fabricação de PCBs à base de Al incluem fresagem, perfuração e moldagem. Enquanto esses processos são realizados, v-scoring e rebarba pode permanecer dentro dos buracos. Isso pode tornar as conexões elétricas fracas. 

Soluções: Veja como isso pode ser superado. 

  • Use fresas profissionais e fresadoras elétricas para fabricação em pequena escala.
  • Ajuste os parâmetros de perfuração em PCBs de cobre e alumínio espessos. 
  • Fique de olho na técnica e no padrão durante a moldagem.

Edição nº 3: Impressão de máscara de solda

Aplicar uma máscara de solda em uma folha espessa de cobre de PCB de alumínio é difícil. Portanto, se o cobre for mais espesso que o normal, mesmo após o ataque químico, ficará visível entre a superfície do traço e o restante da placa. Isso dificulta a aplicação da solda. 

Soluções: 

  • Considere a impressão dupla da máscara de solda.
  • Use óleo para máscara de solda de alta qualidade.
  • Também pode ser utilizado um método que utiliza preenchimento de resina seguido de máscara de solda. 

Aplicações de PCB baseado em Al

  • Equipamento de áudio: amplificadores de áudio, amplificadores de potência, pré-amplificadores, amplificadores de entrada e saída, amplificadores balanceados, etc.
  • Equipamentos eletrônicos de comunicação: amplificadores de alta frequência, circuitos elétricos de filtro, 
  • Computadores: fonte de alimentação, placa-mãe e unidade de disquete.
  • Controle eletrônico: os diversos componentes do circuito, base de transistor, relés
  • Iluminação: luzes LED
  • Módulos de potência: inversores, pontes retificadoras, relés sólidos
  • Fonte de alimentação: condicionador, adaptador DC-AC, estabilizador
  • Escritório automático: motorista motorizado
  • Veículos industriais: ignição, sistema de controle automático de segurança, sistema de conversão de iluminação e regulador de tensão
  • Switches: dispositivos semicondutores, dispositivos semicondutores, controladores de motor, 
  • Escritório: motorista

Pensamentos de despedida

Então, agora você já sabe que os PCBs de alumínio oferecem alta condutividade térmica e dissipação de calor e são um bom substituto para os substratos cerâmicos. Isso os torna perfeitos para uso em diversos setores. No entanto, você deve garantir que essas placas sejam de um fabricante confiável. Portanto, verifique a experiência e a capacidade de atender às suas necessidades específicas.

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