חלק ראשון: מהו PCB אלומיניום?
מצע אלומיניום הוא סוג של לוח מצופה נחושת על בסיס מתכת עם פונקציונליות מעולה של פיזור חום.בדרך כלל, לוח חד צדדי מורכב משלוש שכבות: שכבת המעגל (רדיד נחושת), שכבת הבידוד ושכבת בסיס המתכת.עבור יישומים מתקדמים, ישנם גם עיצובים דו-צדדיים עם מבנה של שכבת מעגל, שכבת בידוד, בסיס אלומיניום, שכבת בידוד ושכבת מעגל.מספר קטן של יישומים כולל לוחות רב שכבתיים, אותם ניתן ליצור על ידי הדבקת לוחות רב שכבתיים רגילים עם שכבות בידוד ובסיסי אלומיניום.
מצע אלומיניום חד צדדי: הוא מורכב משכבה אחת של שכבת דפוס מוליכה, חומר מבודד ולוח אלומיניום (מצע).
מצע אלומיניום דו צדדי: הוא כולל שתי שכבות של שכבות דפוס מוליכות, חומר מבודד ולוח אלומיניום (מצע) מוערמים יחד.
לוח מעגלים מודפס מאלומיניום רב-שכבתי: זהו לוח מעגלים מודפס המיוצר על ידי למינציה והדבקה של שלוש או יותר שכבות של שכבות דפוס מוליכות, חומר בידוד ולוח אלומיניום (מצע) יחד.
מחולקים לפי שיטות טיפול פני השטח:
לוח מצופה זהב (זהב דק כימי, זהב עבה כימי, ציפוי זהב סלקטיבי)
חלק שני: עיקרון העבודה של מצע אלומיניום
התקני כוח מותקנות על פני שכבת המעגל.החום שנוצר על ידי המכשירים במהלך הפעולה מועבר במהירות דרך שכבת הבידוד אל שכבת בסיס המתכת, אשר לאחר מכן מפזרת את החום, ומשיגה פיזור חום עבור המכשירים.
בהשוואה ל-FR-4 המסורתי, מצעי אלומיניום יכולים למזער את ההתנגדות התרמית, מה שהופך אותם למוליכי חום מצוינים.בהשוואה למעגלים קרמיים בעלי סרט עבה, יש להם גם תכונות מכניות מעולות.
בנוסף, למצעי אלומיניום יש את היתרונות הייחודיים הבאים:
- עמידה בדרישות RoHs
- התאמה טובה יותר לתהליכי SMT
- טיפול יעיל בדיפוזיה תרמית בתכנון המעגל כדי להפחית את טמפרטורת הפעולה של המודול, להאריך את תוחלת החיים, לשפר את צפיפות ההספק והאמינות
- הפחתה בהרכבה של גופי קירור וחומרה אחרת, לרבות חומרי ממשק תרמי, וכתוצאה מכך נפח מוצר קטן יותר ועלויות חומרה והרכבה נמוכות יותר, ושילוב אופטימלי של מעגלי כוח ושליטה
- החלפת מצעים קרמיים שבירים לעמידות מכנית משופרת
חלק שלישי: הרכב מצעי אלומיניום
1. שכבת מעגל
שכבת המעגל (בדרך כלל באמצעות רדיד נחושת אלקטרוליטי) נחרטת ליצירת מעגלים מודפסים, המשמשים להרכבת רכיבים וחיבורים.בהשוואה ל-FR-4 המסורתי, עם אותו עובי ורוחב קו, מצעי אלומיניום יכולים לשאת זרמים גבוהים יותר.
2. שכבת בידוד
שכבת הבידוד היא טכנולוגיית מפתח בתשתיות אלומיניום, המשמשת בעיקר להדבקה, בידוד והולכת חום.שכבת הבידוד של מצעי אלומיניום היא המחסום התרמי המשמעותי ביותר במבני מודול כוח.מוליכות תרמית טובה יותר של שכבת הבידוד מקלה על פיזור החום שנוצר במהלך פעולת המכשיר, מה שמוביל לטמפרטורות הפעלה נמוכות יותר, עומס כוח מודול מוגבר, גודל מופחת, אורך חיים ארוך יותר ותפוקת הספק גבוהה יותר.
3. שכבת בסיס מתכת
בחירת המתכת לבסיס המתכת המבודד תלויה בשיקולים מקיפים של גורמים כגון מקדם ההתפשטות התרמית של בסיס המתכת, מוליכות תרמית, חוזק, קשיות, משקל, מצב פני השטח ועלות.
חלק רביעי: סיבות לבחירת מצעי אלומיניום
1. פיזור חום
ללוחות דו-צדדיים ורב-שכבתיים רבים יש צפיפות והספק גבוהים, מה שהופך את פיזור החום למאתגר.חומרי מצע קונבנציונליים כמו FR4 ו-CEM3 הם מוליכים גרועים של חום ויש להם בידוד בין-שכבתי, מה שמוביל לפיזור חום לא מספק.מצעי אלומיניום פותרים את בעיית פיזור החום הזו.
2. התרחבות תרמית
התפשטות והתכווצות תרמית טבועים בחומרים, ולחומרים שונים יש מקדמי התפשטות תרמית שונים.לוחות מודפסים מבוססי אלומיניום מטפלים ביעילות בבעיות פיזור חום, ומקלים על בעיית ההתפשטות התרמית של החומרים השונים על רכיבי הלוח, ומשפרים את העמידות והאמינות הכללית, במיוחד ביישומי SMT (Surface Mount Technology).
3. יציבות מימדית
לוחות מודפסים על בסיס אלומיניום יציבים יותר במונחים של מידות בהשוואה ללוחות מודפסים מחומר מבודד.שינוי הממדים של לוחות מודפסים על בסיס אלומיניום או לוחות אלומיניום, מחוממים מ-30°C ל-140-150°C, הוא 2.5-3.0%.
4. סיבות אחרות
ללוחות מודפסים על בסיס אלומיניום יש השפעות מיגון, מחליפים מצעים קרמיים שבירים, מתאימים לטכנולוגיית הרכבה על פני השטח, מפחיתים את השטח היעיל של לוחות מודפסים, מחליפים רכיבים כמו גופי קירור כדי לשפר את עמידות המוצר בחום ותכונות פיזיות, ולהפחית את עלויות הייצור והעבודה.
חלק חמישי: יישומים של מצעי אלומיניום
1. ציוד שמע: מגברי קלט/פלט, מגברים מאוזנים, מגברי שמע, מגברים קדם, מגברי הספק וכו'.
2. ציוד כוח: ווסתי מיתוג, ממירי DC/AC, מתאמי SW וכו'.
3. ציוד אלקטרוני תקשורת: מגברים בתדר גבוה, התקני פילטר, מעגלי שידור וכו'.
4. ציוד אוטומציה משרדית: נהגי מנוע חשמלי וכו'.
5. רכב: רגולטורים אלקטרוניים, מערכות הצתה, בקרי כוח וכו'.
6. מחשבים: לוחות מעבד, כונני תקליטונים, יחידות כוח וכו'.
7. מודולי כוח: ממירים, ממסרי מצב מוצק, גשרי מיישרים וכו'.
8. גופי תאורה: עם קידום מנורות חיסכון באנרגיה, מצעים מבוססי אלומיניום נמצאים בשימוש נרחב בנורות LED.
זמן פרסום: אוגוסט-09-2023
