Le guide ultime des circuits imprimés en aluminium

Avec le développement rapide de l'industrie électronique, la taille des produits électroniques devient de plus en plus petite et la densité de puissance de plus en plus grande. Résoudre le problème de la dissipation de la chaleur est un grand défi pour la conception de l'industrie électronique, et le circuit imprimé en aluminium est sans aucun doute un bon moyen de résoudre le problème. Par rapport au circuit imprimé FR4 traditionnel, le circuit imprimé en aluminium peut réduire la résistance thermique au minimum. Les circuits imprimés en aluminium ont d'excellentes performances en matière de transfert de chaleur par rapport aux circuits imprimés en céramique, et leurs propriétés mécaniques sont excellentes.

Le circuit imprimé ordinaire en FR-4 a une mauvaise dissipation de la chaleur, le circuit imprimé en céramique est relativement stable, ne se déforme pas facilement à haute température et dans un environnement humide, mais son prix est élevé, et il est généralement utilisé dans les produits haut de gamme. Si votre produit n'est pas aussi haut de gamme, comme une grande surface de carte LED à haute puissance, mais qu'il nécessite une très bonne performance de dissipation de la chaleur, le matériau le plus économique pour une haute performance et un faible coût est le circuit imprimé en aluminium.

Qu'est-ce qu'un circuit imprimé en aluminium ?

 Le substrat en aluminium est un type de circuit imprimé en cuivre à base de métal qui a une bonne fonction de dissipation de la chaleur. En général, un circuit imprimé en aluminium simple face est composé de trois couches de structure : la couche de circuit (couche de cuivre), la couche d'isolation thermique et la couche de base métallique. Les produits haut de gamme sont normalement conçus comme des circuits imprimés en aluminium à double face, avec une structure pour la couche de circuit, la couche d'isolation, la base en aluminium, la couche d'isolation, la couche de circuit. Très peu d'applications sont utilisées pour les cartes multicouches, car le prix de revient est assez élevé.

Les structures des PCB en aluminium

1.couche de circuit

La couche de circuit (feuille de cuivre électrolytique) du circuit imprimé en aluminium est gravée pour former un circuit imprimé pour l'assemblage et la connexion de l'appareil. Par rapport au FR-4 conventionnel, le substrat d'aluminium peut supporter un courant plus élevé avec la même épaisseur et la même largeur de piste.

2. couche d'isolation thermique

La couche d'isolation thermique est la technologie de base des circuits imprimés en aluminium, qui joue principalement les fonctions de liaison, d'isolation et de conduction de la chaleur. La couche d'isolation du circuit imprimé en aluminium est la plus grande barrière de conductivité thermique dans la structure du module de puissance. Plus la conduction thermique de la couche isolante est bonne, plus elle favorise la diffusion de la chaleur générée pendant le fonctionnement de l'appareil, et plus elle permet de réduire la température de fonctionnement de l'appareil, afin d'améliorer la charge électrique du module, de réduire le volume, de prolonger la durée de vie, d'améliorer la puissance de sortie et d'atteindre d'autres objectifs.

3. couche de base en métal

La couche de base métallique est constituée d'un substrat en alliage d'aluminium. Quel type de métal utilise-t-on comme substrat métallique isolant ? Cela dépend d'une combinaison du coefficient de dilatation thermique, de la conductivité thermique, de la résistance, de la dureté, du poids, de l'état de surface et du coût du substrat métallique.

Les performances des circuits imprimés en aluminium

 

1. dissipation thermique

À l'heure actuelle, de nombreux circuits imprimés en aluminium double face et multicouches présentent une densité élevée, une puissance importante et des difficultés de dissipation de la chaleur. Les circuits imprimés classiques FR4 et CEM3 sont de mauvais conducteurs de chaleur, qui sont isolés entre les couches et ne peuvent pas dissiper la chaleur, ce qui entraîne une défaillance des composants électroniques due à la température élevée.

2. dilatation thermique

La dilatation thermique et la contraction à froid sont la nature commune des substances, et le coefficient de dilatation thermique des différentes substances est différent. Le circuit imprimé à base d'aluminium peut résoudre efficacement le problème de la dissipation de la chaleur, atténuant ainsi le problème de la dilatation thermique et de la contraction à froid des composants sur le circuit imprimé, et améliorant la durabilité et la fiabilité de l'ensemble de la machine et de l'équipement électronique, en particulier pour résoudre le problème de la dilatation thermique et de la contraction à froid de la technologie SMT (technologie de montage en surface).

3. Stabilité dimensionnelle

La taille des circuits imprimés à base d'aluminium est évidemment beaucoup plus stable que celle des circuits imprimés isolés. Les circuits imprimés à base d'aluminium sont chauffés de 30℃ à 140~150℃ avec une variation de taille de 2,5~3,0%.

4. autres performances

Les circuits imprimés en aluminium ont d'autres bonnes performances, telles que l'effet de blindage, le remplacement du substrat en céramique et des composants du radiateur, l'amélioration de la résistance à la chaleur et des propriétés physiques du produit, la réduction des coûts de production et de la main d'œuvre.

Les avantages des circuits imprimés en aluminium

1) La dissipation de la chaleur est nettement meilleure que celle d'un circuit imprimé FR-4 standard.

2) Conforme aux exigences de la directive RoHS, plus adapté au processus SMT

3）Réduire le coût d'assemblage du radiateur et des autres éléments matériels, réduire le volume du produit ; Combinaison optimale du circuit de puissance et du circuit de commande

4) La conduction thermique est plus efficace que celle des circuits imprimés rigides traditionnels.

5) La conductivité thermique est 5 à 10 fois supérieure à celle des PCB FR4.

6) Il est possible d'utiliser un poids de cuivre inférieur à celui recommandé par l'IPC.

Les applications des circuits imprimés en aluminium

 

Les circuits imprimés en aluminium sont largement utilisés dans l'équipement audio général, l'équipement électrique, l'équipement électronique de communication, l'équipement bureautique, l'automobile, l'ordinateur, le module de puissance, l'éclairage et l'équipement médical, etc.

1.Appareils audio : amplificateurs d'entrée et de sortie, amplificateurs d'équilibre, amplificateurs audio, préamplificateurs, amplificateurs de puissance, etc.

2.Dispositifs d'alimentation : régulateurs de commutation, convertisseurs DC/AC, régulateurs SW, etc.

3.Dispositifs de télécommunication: amplificateurs haute fréquence, appareils de filtrage et circuit d'émission.

4.Dispositifs automobilesLes produits de cette catégorie sont les suivants : régulateurs électroniques, contrôleurs de l'éclairage et de la puissance, etc.

5.Appareils informatiques : Cartes CPU, lecteurs de disquettes et dispositifs d'alimentation

6.Appareils de bureautique : moteurs et entraînements électriques

7.Dispositifs de modules de puissanceles convertisseurs, les relais à semi-conducteurs, les redresseurs de puissance et les ponts

8Dispositifs d'éclairage :  Éclairage des rues, éclairage de contrôle de la circulation, éclairage des bâtiments intérieurs, éclairage paysager et matériel de camping. Avec la promotion des lampes à économie d'énergie, tous les types de lampes LED à économie d'énergie sont bien accueillis par le marché, c'est pourquoi les circuits imprimés en aluminium pour les lampes LED sont largement utilisés.

9Dispositifs médicaux : Éclairage des salles d'opération, outils d'éclairage chirurgical, technologie de balayage à haute puissance et convertisseurs de puissance.

10.Affichage LED: Ecran LED ; Ecran avec source lumineuse LED

Trois différences majeures entre les circuits imprimés en FR4 et en aluminium 

1、Prix

Les circuits imprimés en FR4 sont beaucoup moins chers que les circuits imprimés en aluminium.

2、Technologie

Les circuits imprimés FR4 peuvent être divisés en circuits imprimés FR4 à feuille de cuivre double face, circuits imprimés FR4 à feuille de cuivre perforée et circuits imprimés FR4 à feuille de cuivre simple face en fonction des différents matériaux et techniques de production. Bien entendu, les prix des circuits imprimés FR4 fabriqués à partir de matériaux différents varient.

3、Performance

En raison de la bonne conductivité thermique du circuit imprimé en aluminium, la performance de dissipation de la chaleur du circuit imprimé en aluminium est bien meilleure que celle du circuit imprimé en FR4.