PCB aluminium substrate är ett unikt metallbaserat kopparpläterat laminat som består av kretslager, värmeisoleringslager och ett metalliskt substrat. Med aluminiumplåt som basmaterial bildas kopparledande spår på ytan genom kemisk etsning eller bearbetningsprocesser, vilket skapar ett tryckt kretskort.
Sammansättning av pcb aluminium substrate
Kretslager
Kretslagret (vanligtvis elektrolytisk kopparfolie) etsas för att bilda tryckta kretsar, vilket underlättar komponentmontering och sammankoppling. Jämfört med konventionell FR-4 kan pcb aluminium substrate leda högre strömmar vid identiska tjocklekar och spårbredder.
Isoleringslager
Isoleringslagret representerar kärnteknologin i aluminium kretskort och har främst funktioner för bindning, isolering och värmeledning. Det utgör den primära värmebarriären inom kraftmodulstrukturer. Den överlägsna värmeledningsförmågan inom detta skikt underlättar värmeavledningen som genereras under enhetens drift, vilket minskar driftstemperaturerna. Detta förbättrar modulens effekthanteringskapacitet, minskar den fysiska fotavtrycket, förlänger livslängden och ökar uteffekten.
Metallbaslager
Valet av metall för det isolerande metall substratet beror på en omfattande bedömning av faktorer som värmeutvidgningskoefficient, värmeledningsförmåga, styrka, hårdhet, vikt, ytförhållanden och kostnad.
Struktur hos pcb aluminium substrate
Den typiska strukturen hos en pcb aluminium substrate är följande: det övre skiktet består av spårskiktet, det mellersta skiktet är det isolerande termiska gränssnittsskiktet med utmärkt värmeledningsförmåga, och det undre skiktet består av aluminium basunder laget.
Enskikts ytmonterad pcb aluminium substrate
Den enskikts ytmonterade pcb aluminium substrate:n har den enklaste strukturen, är lättast att tillverka och har den lägsta kostnaden. Spåren etsas direkt på kopparskiktet i aluminium laminatet. Värme överförs från komponenterna till spårskiktet, passerar genom det mellanliggande isolerande termiska gränssnittsskiktet och leds sedan till aluminiumbaslagret.
Enkelsidig montering med dubbelsidig aluminium kretskort
Enkelsidig montering med dubbelsidig pcb aluminium substrate har två spårlager och isolerande lager. Värme överförs från komponenterna till det första spårlagret, sedan till det första isolerande lagret, till det andra spårlagret, till det andra isolerande lagret och slutligen till aluminium lagret.
Dubbelsidig montering med dubbelsidig pcb aluminium substrate
Ibland uppfyller ensidig komponentplacering på pcb aluminium substrate inte kraven. Aluminium kretskort kan utformas för dubbelsidig montering. I denna lamina tkonfiguration måste spåren på både övre och undre lager passera genom aluminium substratet. Eftersom aluminium är en utmärkt ledare måste genomgångshål isoleras, till exempel genom att fylla dem med isolerande harts. Värme som alstras av komponenter överförs från komponenterna till spårskiktet, sedan till isoleringsskiktet och slutligen till det mellanliggande aluminium substratet.
Principen för pcb aluminium substrate:
Aluminium kretskort uppnår effektiv värmeavledning och kretsintegration genom en trelagersstruktur:
Kretslager: Ytmonterade kraftkomponenter (t.ex. MOSFET, IGBT) överför direkt elektriska signaler.
Isoleringslager: Använder isoleringsmaterial med hög värmeledningsförmåga (t.ex. termiska lim, keramikfyllda polymerer) för att snabbt överföra värme som genereras av komponenter till metallsubstratet samtidigt som elektrisk isolering tillhandahålls.
Metallbaslager: Vanligtvis aluminium- eller kopparsubstrat, som avleder värme via värmeledning till den yttre miljön (t.ex. kylflänsar, höljen eller luft) och bildar en värmeavledningsväg.
Värmeavledningsväg:
Enheten genererar värme → Isolationslagret leder värme → Metallbaslagret avleder värme → Yttre miljö
(Viktigt: Isolationslagret måste balansera hög värmeledningsförmåga med elektriska isoleringsegenskaper)
Prestandajämförelse med konventionella material
| Jämförelsedimension | pcb aluminium substrate | FR-4 (traditionell glasfiberplatta) | Tjockfilms keramiska kretskort |
| Värmeledningsförmåga | Extremt låg värmemotstånd (hög värmeledningsförmåga) | Högt värmemotstånd (låg värmeledningsförmåga) | Måttlig värmeledningsförmåga, men mycket sprött |
| Mekaniska egenskaper | Utmärkta (slagfast, böjbeständig) | Normala (känsliga för fuktskador och deformation) | Mycket spröda (går lätt sönder) |
| Processanpassningsförmåga | Perfekt lämpad för SMT | Lämplig för SMT men med begränsad värmeavledning | Kräver specialiserade processer, vilket medför höga kostnader. |
| Kostnad och volym | Minska antalet kylflänsar för att sänka hårdvarukostnaderna | Kräver ytterligare värmehanteringsdesign; skrymmande | Höga materialkostnader, volymbegränsningar |
PCB aluminium substrate Distinkta fördelar
Miljökompatibilitet
Uppfyller RoHS (direktiv om begränsning av farliga ämnen), blyfritt och halogenfritt, uppfyller globala miljöstandarder.
SMT-processkompatibilitet
Hög ytjämnhet, lämplig för automatiserad placering, vilket förbättrar produktionseffektiviteten.
Utmärkt högtemperaturbeständighet, tål reflow-lödningstemperaturer (vanligtvis ≥260 °C).
Optimering av värmehantering
Termisk diffusionsbehandling: Sprider värmen jämnt genom metall substratet, förhindrar lokal överhettning och sänker modultemperaturen med 10–30 %.
Förlängd livslängd: Varje temperaturminskning på 10 °C fördubblar ungefär enhetens livslängd (Arrhenius-modellen).
Förbättrad effekttäthet: Minskade krav på värmehantering möjliggör mindre avstånd mellan komponenterna, vilket ökar effekten per ytenhet.
Kostnads- och volymoptimering
Hårdvaruförenkling: Eliminerar kylflänsar, termiska gränssnittsmaterial (TIM) etc., vilket sänker BOM-kostnaderna.
Kompakt formfaktor: Tjocklek på endast 0,5 mm, lämplig för utrymmesbegränsade konstruktioner (t.ex. LED-belysning, effektmoduler).
Effektivisering av montering: Färre monteringssteg minskar arbets- och tidsåtgången.
Optimering av kretsintegration
Integration av ström- och styrkretsar: Integrerar högspänningskretsar med lågspänningsstyrkretsar på ett enda substrat, vilket minimerar signalstörningar.
Modulär design: Stöder Multi-Chip Modules (MCM), vilket förbättrar systemintegrationen.
Mekanisk hållbarhet
Slag- och vibrationsbeständig, lämplig för tuffa miljöer såsom fordons- och rymdapplikationer.
Vid ersättning av keramiska substrat tål högre mekaniska påfrestningar, vilket minskar risken för brott.
Användningsområden för pcb aluminium substrate
LED-belysning: LED-armaturer genererar betydande värme under drift.PCB aluminium substrate avleder denna värme effektivt, vilket säkerställer stabil prestanda och förlängd livslängd. Följaktligen används de i stor utsträckning i LED-belysningsapplikationer.
Effektmoduler: Effektmoduler genererar på liknande sätt betydande värme under drift.PCB aluminium substrate ger utmärkt värmeavledning, vilket säkerställer stabiliteten och tillförlitligheten hos effektmoduler.
Fordonselektronik: Fordonselektroniska system utsätts för tuffa miljöer som kännetecknas av höga temperaturer, fuktighet och vibrationer. PCB aluminium substrate är tack vare sin överlägsna värmeledningsförmåga och stabilitet ett idealiskt val för fordonselektronikbranschen.
