Connaissances de base des circuits imprimés en aluminium

Introduction aux circuits imprimés en aluminium

Le circuit imprimé en aluminium est le plus courant parmi les circuits imprimés métalliques. Son substrat en aluminium est un stratifié cuivré à base métallique offrant une excellente dissipation thermique. Généralement, un circuit imprimé est composé de trois couches : une couche de circuit (feuille de cuivre), une couche isolante et une couche de base métallique. Grâce à sa couche de dissipation thermique, le circuit imprimé en aluminium assure une dissipation thermique efficace, réduisant ainsi la température de fonctionnement des composants et prolongeant la durée de vie du produit.

Tout d'abord, le composant de puissance est monté en surface sur la couche de circuit imprimé. La chaleur générée lors du fonctionnement du composant est rapidement transférée à la couche de base métallique à travers la couche isolante. Ensuite, la couche de base métallique évacue la chaleur, assurant ainsi la dissipation thermique du composant.

1. Couche de feuille de cuivre : La couche de cuivre utilisée est plus épaisse que celle des stratifiés cuivrés standard. Une couche de cuivre plus épaisse permet une capacité de transport de courant plus élevée.
2. Couche diélectrique : La couche diélectrique est une couche thermoconductrice d'une épaisseur d'environ 50 μm à 200 μm. Sa faible résistance thermique la rend adaptée à son application.
3. Substrat en aluminium : La troisième couche est un substrat en aluminium. Elle possède une conductivité thermique élevée.
4. Film à base d'aluminium : Le film à base d'aluminium est optionnel. Il protège la surface de l'aluminium des rayures et de la corrosion.

Comparée aux circuits imprimés FR-4 traditionnels, la carte en aluminium minimise la résistance thermique. Elle présente donc une excellente conductivité thermique. Ses propriétés mécaniques sont également supérieures à celles des circuits imprimés en céramique à couche épaisse. De plus, la carte en aluminium offre les avantages uniques suivants :

1. La dissipation de chaleur
   

   La capacité de dissipation thermique du PCB est bien meilleure que celle d'un PCB standard.

2. Durabilité
   

   Les circuits imprimés offrent une résistance et une durabilité supérieures à celles des circuits imprimés à base de céramique et de fibres de verre.

3. Plats préparés
   

   Elle est plus légère qu'une carte de circuit imprimé standard. Son assemblage est également plus simple.

4. Protection de l'environnement
   

   Le matériau des circuits imprimés en aluminium est écologique. Non toxique et recyclable, il ne présente aucun danger pour l'environnement.

5. Qualité
   

   Le matériau des circuits imprimés en aluminium est conforme à la norme RoHS et particulièrement adapté au procédé CMS (composants montés en surface). L'utilisation de ce matériau permet de réduire la dilatation et le retrait thermiques des composants.

6. coût d'assemblage
   

   L'utilisation de circuits imprimés (PCB) permet de réduire l'assemblage des dissipateurs thermiques et autres composants (y compris les matériaux d'interface thermique), ainsi que le volume du produit. Les PCB permettent également de réduire les coûts liés aux composants et à l'assemblage, et d'optimiser la combinaison des circuits de puissance et des circuits de commande.

1. Circuit imprimé flexible en aluminium

Le diélectrique flexible en aluminium pour circuits imprimés représente la dernière évolution des matériaux de substrat métallique isolants. Ce matériau, composé de charges céramiques et de résine polyimide, offre une isolation électrique, une conductivité thermique et une flexibilité supérieures. Associé à des matériaux en aluminium flexibles (comme le 5754), il permet d'incliner et de modeler le circuit imprimé, éliminant ainsi des éléments coûteux tels que les câbles, les fixations et les connecteurs. Bien que flexibles, ces matériaux peuvent être pliés et maintenus en place de façon permanente. Ils ne conviennent cependant pas aux applications nécessitant des pliages fréquents.

2. Circuit imprimé mixte en aluminium

Grâce aux circuits imprimés hybrides en aluminium, il est possible d'intégrer des matériaux non thermiques et de les fusionner thermiquement à des substrats en aluminium. Généralement, on utilise un circuit imprimé en aluminium à deux ou quatre couches, composé de FR-4. La fusion de cette couche et du matériau thermoélectrique au substrat en aluminium permet de dissiper la chaleur, de servir de bouclier thermique et d'accroître la flexibilité.

Parmi les autres avantages des circuits imprimés en aluminium mixte, on peut citer :

1. La structure hybride en aluminium des circuits imprimés est moins chère que les circuits imprimés entièrement composés de matériaux thermoconducteurs.
2. Le circuit imprimé mixte en aluminium élimine les étapes d'assemblage connexes et les dissipateurs thermiques coûteux.
3. Nous pouvons utiliser des circuits imprimés en aluminium mixte pour les applications RF. Dans ces applications, le revêtement de surface en PTFE permet de compenser les pertes de fonction.
4. Comparé aux produits FR-4 standard, le circuit imprimé en aluminium mixte présente de meilleures performances thermiques.

3. Circuit imprimé en aluminium traversant

Dans les structures très complexes, une simple couche d'aluminium peut constituer le noyau central d'une structure thermique à multiples facettes. Pour un circuit imprimé traversant en aluminium, on perce l'aluminium avant la stratification, puis on utilise un diélectrique pour remplir le trou. Ensuite, on stratifie le matériau thermoconducteur (ou le sous-ensemble) sur les deux faces du circuit imprimé à l'aide d'un adhésif thermique. Après stratification, les composants sont percés comme sur un circuit imprimé classique. Enfin, les trous métallisés traversent les interstices du circuit imprimé en aluminium pour assurer l'isolation électrique.

Classification des stratifiés cuivrés pour circuits imprimés en aluminium

1. Produits d'éclairage : Produits d'éclairage LED haute puissance.
2. Équipement audio: préamplificateur, amplificateur de puissance, etc.
3. Matériel électrique: Convertisseurs CC/CA, ponts redresseurs, relais statiques, etc.
4. Produits de communication : Amplificateurs haute fréquence, appareils de filtrage et circuits de transmission.
5. Équipements de bureautique : entraînements de moteurs, etc.
6. Automobile : régulateurs électroniques, allumeurs, contrôleurs de puissance, etc.
7. Ordinateur: Carte CPU, lecteur de disquettes, bloc d'alimentation, etc.

Le processus de fabrication des circuits imprimés en aluminium reste globalement le même. Nous aborderons ici le processus de fabrication, les difficultés rencontrées et les solutions apportées aux circuits imprimés.

1. Gravure sur cuivre :
   

   La feuille de cuivre utilisée pour les circuits imprimés est relativement épaisse. Cependant, si son épaisseur dépasse 3 onces, la gravure nécessite une compensation de largeur. Si cette compensation ne répond pas aux exigences de conception, la largeur des pistes du circuit imprimé gravé dépassera les tolérances. Il est donc essentiel de concevoir avec précision la compensation de largeur des pistes. Le facteur de gravure doit être contrôlé lors du processus de fabrication.

2. Impression du masque de soudure :
   

   En raison de l'épaisseur du cuivre, l'impression du vernis épargne sur les circuits imprimés en aluminium est complexe. En effet, si le cuivre des pistes est trop épais, l'image gravée sera très différente entre la surface des pistes et le substrat, ce qui compliquera l'impression du vernis épargne. Il est donc nécessaire d'utiliser deux couches de vernis épargne. L'huile de vernis épargne utilisée doit être de bonne qualité. Dans certains cas, la résine est appliquée en premier, puis le vernis épargne.

3. Fabrication mécanique :
   

   Le processus de fabrication mécanique comprend le perçage, le formage, le rainurage, etc. Ces opérations laissent des traces dans les vias internes, ce qui tend à réduire la rigidité diélectrique. Par conséquent, il est recommandé d'utiliser des fraiseuses électriques et des fraises professionnelles pour la production en petites séries. Il convient également d'ajuster les paramètres de perçage afin d'éviter la formation de bavures sur le circuit imprimé. Cela facilitera la fabrication de vos machines.

L'aluminium permet de dévier la chaleur des composants critiques, minimisant ainsi les effets néfastes qu'elle pourrait avoir sur la carte.
L'aluminium offre une plus grande durabilité : il confère au produit une résistance et une durabilité que les bases en céramique ou en fibre de verre ne peuvent pas fournir.

1. Prepreg
2. Laminé
3. Feuille d'aluminium
4. Couches de protection contre la soudure

Le circuit imprimé à noyau en aluminium est le type de circuit imprimé à noyau métallique le plus courant. De nos jours, le circuit imprimé en aluminium est plus répandu que le FR4. Quelle est donc la différence entre un circuit imprimé en aluminium et un FR4 ?

Tarifs et Prix

Le FR-4 est un matériau très traditionnel pour les circuits imprimés. Son prix est donc relativement bas. Le circuit imprimé en aluminium, comparé au FR-4, est légèrement plus cher que le substrat en aluminium.

La conductivité thermique

Les circuits imprimés en aluminium présentent une conductivité thermique supérieure à celle du FR4. C'est pourquoi, dans le domaine de l'éclairage LED, les fabricants privilégient les circuits imprimés en aluminium.

Applications

Les circuits imprimés en FR-4 sont plus répandus que ceux en aluminium. Le FR-4 est un matériau traditionnel et peu coûteux, ce qui explique sa popularité auprès des fabricants. Seuls les secteurs exigeant des performances thermiques élevées optent pour des substrats en aluminium onéreux.

Dans la plupart des cas, tous les fabricants de circuits imprimés à base d'aluminium suivent le même procédé de fabrication. La seule différence notable réside dans le niveau d'automatisation de leurs processus, les technologies et équipements utilisés.

1. Cartes de circuits imprimés en aluminium

   Plusieurs éléments clés doivent être pris en compte pour que les fabricants de circuits imprimés en aluminium puissent produire un nombre quelconque de cartes, notamment de manière efficace.

2. Matériel d'imagerie spécialisé

   De nombreux circuits imprimés à support aluminium sont utilisés pour les applications LED et sont beaucoup plus longs que les panneaux de production utilisés dans le processus de fabrication traditionnel des circuits imprimés en aluminium. Les fabricants de circuits imprimés à base d'aluminium doivent disposer d'un équipement d'imagerie UV sur mesure de 60 pouces de large ou d'un appareil capable de sérigraphier des images.

3. Équipement de pointage spécialisé

   L'équipement couramment utilisé pour réaliser des rainures en V sur des matériaux FR-4 traditionnels ne convient pas au traitement des circuits imprimés en aluminium. Les fabricants de circuits imprimés à base d'aluminium peuvent aider leurs clients à concevoir la solution de rainurage la plus économique possible.

4. Presses à poinçonner de plus de 40 tonnes.

   Pour les circuits imprimés ronds ou présentant des caractéristiques uniques (fentes, grands trous, découpes, etc.), il vous faudra un fabricant de circuits imprimés en aluminium capable de réaliser ces découpes. Le fraisage mécanique de circuits imprimés à base d'aluminium est trop coûteux pour une production en série.

5. Tests haute tension en ligne

   Une exigence spécifique des circuits imprimés est que les clients souhaitent savoir si le produit qu'ils reçoivent a subi un test de tension. Les bancs de test électriques incluent des tests de tenue en tension, ce qui réduit considérablement le coût pour le client.

UETPCB : fabricant expérimenté de circuits imprimés en aluminium

UETPCB, l'un des plus grands et des plus réputés fabricants de circuits imprimés en aluminium en Chine, occupe une superficie de plus de 3 000 mètres carrés et se spécialise dans la fabrication de circuits imprimés de haute qualité à prix compétitifs. Nous vous aidons à obtenir des circuits imprimés de la plus haute qualité, adaptés à votre budget.