O que é uma placa de circuito impresso à base de alumínio?

Definição de PCB à base de alumínio

PCBs à base de alumínio (alumínio) placas de circuito impresso) são placas de circuito revestidas de metal que utilizam liga de alumínio como material de substrato base, substituindo o substrato de fibra de vidro com resina epóxi das placas de circuito impresso tradicionais. Essa estrutura especial torna-as uma solução térmica ideal para dispositivos eletrônicos de alta potência, particularmente adequadas para aplicações de alto calor, como iluminação LED de alta potência, sistemas eletrônicos de controle automotivoe equipamentos industriais de energia.

O condutividade térmica of aluminum-based PCBs typically reaches 160-200 W/m·K, which is over 500 times higher than that of traditional FR-4 material (0.2-0.3 W/m·K). This effectively reduces the operating temperature of components and significantly extends device service life.

Estrutura de três camadas de PCBs à base de alumínio

1. Camada do circuito (camada de folha de cobre)

• Material: Folha de cobre eletrolítico de alta pureza (normalmente com espessura de 1 oz a 4 oz)
• Função: Forma circuitos de conexão elétrica e transporta componentes eletrônicos.
• ProcessoPadrões de circuitos de precisão formados por meio de gravação

2. Camada isolante (camada dielétrica)

• Material: Resina epóxi especial ou poliimida preenchida com pó cerâmico
• Função: Proporciona isolamento elétrico e condução térmica
• Características: Breakdown voltage >2kV, thermal conductivity 1-10 W/m·K

3. Camada base metálica (substrato de alumínio)

• Material: Ligas de alumínio, tais como 5052, 6061
• Função: Suporte mecânico e dissipação de calor do núcleo
• Características: Density ~2.7g/cm³, balancing strength and weight

PCB à base de alumínio vs. PCB FR-4 tradicional

Parâmetro característico	PCB à base de alumínio	PCB FR-4 tradicional
Condutividade térmica	160-200 W/m·K	0.2-0.3 W/m·K
Coeficiente de expansão térmica	Fósforos chips	Em caso de incompatibilidade, deve-se considerar o estresse térmico.
Resistência mecânica	Alta resistência à vibração	Médio, propenso a rachaduras
Comparação de peso	Design leve	Relativamente mais pesado
Análise de custos	30% a 50% mais alto	Custo mais baixo
Nível de potência adequado	Aplicações de alta potência	Aplicações de baixa a média potência

Seis vantagens principais das placas de circuito impresso à base de alumínio

1. Desempenho térmico excepcional

The metal base enables efficient heat conduction. A 1mm thick board can dissipate 3W/cm² of heat under natural cooling conditions, 6 times better than FR-4 substrates. In LED applications, this can reduce chip junction temperature by 25°C, extending lifespan from 30,000 hours to 50,000 hours.

2. Excelente estabilidade mecânica

O substrato de liga de alumínio oferece suporte de alta resistência com excelente resistência a vibrações e impactos, adequado para ambientes adversos, como eletrônicos automotivos.

3. Sustentabilidade ambiental

O alumínio é um material 100% reciclável, está em conformidade com as normas ambientais RoHS e não produz emissões tóxicas durante o processo de fabricação.

4. Projeto estrutural leve

With a density of only 2.7g/cm³, aluminum provides structural strength while enabling lightweight designs, particularly suitable for portable devices and automotive electronics.

5. Boa estabilidade dimensional

A baixa taxa de deformação sob variações de temperatura garante o posicionamento preciso de componentes de precisão.

6. Maior vida útil dos componentes

A excelente gestão térmica evita danos nos componentes devido ao superaquecimento, aumentando a vida útil geral do dispositivo em mais de 30%.

Principais áreas de aplicação das placas de circuito impresso à base de alumínio

Soluções de iluminação LED

• Lâmpadas LED de alta potência: Iluminação pública, iluminação industrial e mineira, iluminação paisagística
• Iluminação automotivaFaróis, luzes diurnas, iluminação interior
• Expositores comerciais: Telas publicitárias LED, módulos de retroiluminação

Sistemas eletrônicos automotivos

• Sistemas de controle do trem de força: ECU do motor, controle da transmissão
• Sistemas de segurançaControladores ABS, sistemas de airbag
• Veículos movidos a novas fontes de energia: Sistemas de gerenciamento de bateria, conversores CC-CC

Equipamentos Eletrônicos de Potência

• Fontes de alimentação comutadas: Fontes de alimentação para servidores, fontes de alimentação industriais
• Sistemas inversores: Inversores solares, fontes de alimentação ininterrupta UPS
• Acionamentos de motor: Conversores de frequência industriais, servoacionamentos

Comunicação e Eletrônicos de Consumo

• Equipamento de comunicação 5GAmplificadores de potência para estações base, módulos RF
• Áudio de alta qualidadeAmplificadores de potência, equipamentos de áudio profissionais
• Equipamentos de informáticaServidores de alta densidade, módulos de resfriamento para placas gráficas

Processo de fabricação de PCB à base de alumínio

A fabricação de PCBs à base de alumínio combina processos tradicionais de PCB com tecnologias de processamento de metais. Os principais processos incluem:

1. Pré-tratamento do substrato de alumínio: Limpeza química e tratamento de passivação de superfícies
2. Revestimento da camada de isolamento: Aplicação uniforme de material dielétrico de alta condutividade térmica
3. Laminação com folha de cobre: Ligação de uma estrutura de três camadas sob alta temperatura e pressão
4. Transferência do padrão do circuito: Exposição, revelação e gravação para formar circuitos
5. Processamento mecânico: Perfuração e fresagem CNC, observe o descarte de cavacos de alumínio
6. Tratamento de superfície: Seleção de ENIG, OSP, HASL e outros processos
7. Inspeção de qualidade: AOI, teste de resistência térmica, teste de tensão suportável

Desafios técnicos e soluções para placas de circuito impresso à base de alumínio

Desafios do controle de custos

As placas de circuito impresso à base de alumínio custam 30% a 50% mais do que as placas FR-4, principalmente devido a:

• Maior custo dos materiais de substrato metálico
• Custos com materiais de isolamento especiais
• Maiores taxas de desgaste dos equipamentos de processamento

SoluçõesOtimização do projeto, produção em massa, aquisição localizada

Limitações da flexibilidade do design

• Dificuldade em implementar estruturas multicamadas
• Desafios no processamento de linhas finas
• Considerações especiais para aplicações de alta frequência

Soluções: Projeto de estrutura híbrida, técnicas avançadas de processamento

Complexidade do processo de fabricação

• Desgaste rápido da broca devido à dureza do alumínio
• Riscos de delaminação devido a diferentes CTE
• Opções limitadas de tratamento de superfície

SoluçõesFerramentas especializadas, parâmetros de processo otimizados, tratamentos de superfície adaptados

Tendências e perspectivas de desenvolvimento do setor

Com o aumento dos requisitos térmicos das comunicações 5G, dos veículos movidos a energia alternativa e dos dispositivos IoT, o mercado de PCBs à base de alumínio continua a crescer. As direções da inovação tecnológica incluem:

• Maior condutividade térmica: Desenvolvimento de novos materiais de isolamento
• Design integradoIntegração de substratos de alumínio com dissipadores de calor
• Otimização de custos: Produção em massa e melhorias nos processos
• Expansão da aplicaçãoEquipamentos eletrônicos emergentes de alta potência