Door de snelle ontwikkeling van de elektronica-industrie worden elektronische producten steeds kleiner en neemt de vermogensdichtheid steeds verder toe. Het oplossen van het probleem van warmteafvoer vormt een grote uitdaging voor het ontwerp in de elektronica-industrie, en een aluminium printplaat is ongetwijfeld een goede manier om dit probleem op te lossen. In vergelijking met de traditionele FR4-printplaat kan een aluminium printplaat de thermische weerstand tot een minimum beperken. Een aluminium printplaat heeft uitstekende warmteoverdrachtsprestaties in vergelijking met keramische printplaten, en de mechanische eigenschappen zijn uitstekend.
Gewone FR-4-printplaten hebben een slechte warmteafvoer; keramische printplaten zijn relatief stabiel en vervormen niet snel in omgevingen met hoge temperaturen en hoge luchtvochtigheid, maar zijn wel duur en worden meestal gebruikt in hoogwaardige producten. Als uw product niet zo hoogwaardig is, zoals een groot LED-printplaat met hoog vermogen, maar wel zeer goede warmteafvoerprestaties vereist, dan is een aluminium printplaat het meest economische materiaal voor hoge prestaties tegen lage kosten.
Wat is een aluminium printplaat?
Een aluminium substraat is een soort printplaat met een metalen basis van koper en een goede warmteafvoer. Over het algemeen bestaat een enkelzijdige aluminium printplaat uit drie lagen: de circuitlaag (koperlaag), de thermische isolatielaag en de metalen basislaag. In hoogwaardige producten wordt doorgaans een dubbelzijdige aluminium-printplaat gebruikt, met de volgende structuur: circuitlaag, isolatielaag, aluminiumbasis, isolatielaag, circuitlaag. Er zijn maar weinig toepassingen waarbij meerlaagse printplaten worden gebruikt, aangezien de kostprijs vrij hoog is.
De structuren van aluminium printplaten
1. Circuitlaag
De printlaag (elektrolytische koperfolie) van de aluminium printplaat wordt geëtst om een printcircuit te vormen voor de montage en aansluiting van het apparaat. In vergelijking met conventioneel FR-4 kan het aluminiumsubstraat bij dezelfde dikte en dezelfde spoorbreedte een hogere stroomsterkte aan.
2. Warmte-isolatielaag
De thermische isolatielaag vormt de kerntechnologie van aluminium printplaten en vervult voornamelijk de functies van hechting, isolatie en warmtegeleiding. De isolatielaag van een aluminium printplaat is de grootste barrière voor warmtegeleiding in de structuur van een vermogensmodule. Hoe beter de warmtegeleidingsprestaties van de isolatielaag zijn, hoe gunstiger dit is voor de afvoer van de warmte die tijdens de werking van het apparaat wordt gegenereerd, en hoe gunstiger dit is voor het verlagen van de bedrijfstemperatuur van het apparaat, om zo de vermogensbelasting van de module te verbeteren, het volume te verkleinen, de levensduur te verlengen, het uitgangsvermogen te verbeteren en andere doelen te bereiken.
3. Metalen basislaag
De metalen basislaag bestaat uit een substraat van een aluminiumlegering. Welk metaal wordt er gebruikt als isolerend metalen substraat? Dit hangt af van een combinatie van de thermische uitzettingscoëfficiënt, de thermische geleidbaarheid, de sterkte, de hardheid, het gewicht, de oppervlaktegesteldheid en de kosten van het metalen substraat.
De prestaties van aluminium printplaten
1. Warmteafvoer
Momenteel zijn er veel dubbelzijdige aluminium-printplaten en meerlaagse aluminium-printplaten met een hoge dichtheid, een hoog vermogen en problemen met de warmteafvoer. Conventionele FR4- en CEM3-printplaten zijn slechte warmtegeleiders; ze zijn tussen de lagen geïsoleerd en kunnen de warmte niet afvoeren, wat leidt tot defecten aan elektronische componenten als gevolg van hoge temperaturen. Aluminium printplaten kunnen het probleem van de warmteafvoer oplossen.
2. Thermische uitzetting
Warmte-uitzetting en koude-krimp zijn natuurlijke eigenschappen van stoffen, en de warmte-uitzettingscoëfficiënt verschilt per stof. Printplaten op basis van aluminium bieden een effectieve oplossing voor het probleem van warmteafvoer, waardoor het probleem van thermische uitzetting en koudekrimp van de componenten op de printplaat wordt verlicht en de duurzaamheid en betrouwbaarheid van de gehele machine en elektronische apparatuur worden verbeterd, met name om het probleem van thermische uitzetting en koudekrimp bij SMT (surface mount technology) op te lossen.
3. Vormvastheid
De afmetingen van printplaten met een aluminium basis zijn duidelijk veel stabieler dan die van geïsoleerde printplaten. Printplaten met een aluminium basis worden verwarmd van 30 ℃ tot 140~150 ℃, waarbij de afmetingen met 2,5~3,0% variëren.
4. Overige prestaties
Aluminiumprintplaten bieden nog andere voordelen, zoals een afschermende werking; ze kunnen het keramische substraat en de koelelementen vervangen; ze verbeteren de hittebestendigheid en de fysische eigenschappen van het product; en ze verlagen de productiekosten en de arbeidskosten.
De voordelen van aluminium printplaten
1) De warmteafvoer is aanzienlijk beter dan die van een standaard FR-4-printplaat.
2) Voldoet aan de RoHS-eisen, beter geschikt voor het SMT-proces
3) De montagekosten van de koeler en andere hardware verlagen, het productvolume verminderen; een optimale combinatie van het vermogenscircuit en het besturingscircuit
4) Warmtegeleiding is efficiënter dan bij traditionele, stijve printplaten
5) De warmtegeleidbaarheid is 5 tot 10 keer zo hoog als die van een FR4-printplaat
6) Er kan een lager kopergewicht worden gebruikt dan door de IPC wordt aanbevolen
De toepassingen van aluminium printplaten
Aluminiumprintplaten worden op grote schaal gebruikt in algemene audioapparatuur, stroomvoorzieningsapparatuur, elektronische communicatieapparatuur, kantoorautomatiseringsapparatuur, auto’s, computers, vermogensmodules, verlichting en medische apparatuur, enz.
1.Audioapparaten: in- en uitgangsversterkers, balansversterkers, audioversterkers, voorversterkers, eindversterkers, enz.
2.Voedingsapparaten: schakelregelaars, DC/AC-omvormers, SW-regelaars, enz.
3.Telecommunicatieapparatuur: hoogfrequente versterkers, filterapparatuur en zenderschakelingen.
4.Automotive-apparatuur: elektronische regelaars, verlichtings- en stroomregelaars, enz.
5.Computerapparatuur: CPU-kaarten, diskettestations en voedingsapparaten
6.Apparatuur voor kantoorautomatisering: elektromotoren en aandrijvingen
7.Apparaten met vermogensmodules: omvormers, halfgeleiderrelais, gelijkrichters en bruggen
8.Verlichtingsapparatuur: Straatverlichting, verkeersregelingsverlichting, binnenverlichting voor gebouwen, landschapsverlichting en kampeeruitrusting. Door de opkomst van spaarlampen zijn allerlei soorten energiezuinige LED-lampen populair geworden op de markt, waardoor aluminium printplaten voor LED-lampen op grote schaal worden gebruikt.
9.Medische hulpmiddelen: Operatiekamerverlichting, chirurgische verlichtingsapparatuur, krachtige scantechnologie en stroomomvormers.
10.LED-display: LED-display; Display met LED-lichtbron
Drie belangrijke verschillen tussen FR4- en aluminiumprintplaten
1. Prijs
Een FR4-printplaat zal veel goedkoper zijn dan een aluminium printplaat.
2. Technologie
FR4-printplaten kunnen, afhankelijk van de gebruikte materialen en productietechnieken, worden onderverdeeld in dubbelzijdige FR4-printplaten met koperfolie, geperforeerde FR4-printplaten met koperfolie en enkelzijdige FR4-printplaten met koperfolie. Uiteraard zullen FR4-printplaten die van verschillende materialen zijn gemaakt, qua prijs verschillen.
3. Prestaties
Vanwege de goede warmtegeleiding van aluminium printplaten is de warmteafvoer van aluminium printplaten veel beter dan die van FR4-printplaten.