Алюминиевые подложки

I. Структура ядра и принцип работы алюминиевой подложки
Алюминиевые подложки можно рассматривать как «сэндвич», обычно состоящий из трёх слоёв:

Слой схемы

Материал: Электролитическая медная фольга.

Назначение: Используется для печатных плат, поддерживая электронные компоненты. Его толщина определяет допустимую нагрузку по току.

Изоляционный слой

Материал: Специальный изолирующий материал с высокой теплопроводностью. Это основная технология алюминиевых подложек.

Назначение:

Электроизоляция: Предотвращает короткие замыкания между схемой и алюминиевой подложкой.

Тепловой мост: Эффективно отводит тепло, выделяемое слоем схемы, к алюминиевой подложке. Теплопроводность этого слоя является ключевым показателем качества алюминиевой подложки.

Металлическая подложка

Материал: алюминиевый сплав (обычно 6061, 5052 и т. д.).

Функции:

Теплоотвод: действует как гигантский «теплоотвод», быстро поглощая и рассеивая тепло, передаваемое от изолирующего слоя.

Конструктивная поддержка: обеспечивает механическую прочность и жёсткость всей платы.

Принцип работы: Тепло, выделяемое компонентами во время работы -> Отводится через контактные площадки и медную фольгу -> Проходит через высокотеплопроводный изолирующий слой -> Быстро поглощается и равномерно распределяется алюминиевой подложкой -> Рассеивается в окружающую среду с помощью внешних средств отвода тепла (таких как термопаста, радиаторы или корпуса).

II. Ключевые преимущества алюминиевых подложек

Превосходные характеристики теплоотвода

Теплопроводность алюминия значительно выше, чем у FR-4, что позволяет эффективно снижать температуру ядра мощных компонентов, продлевая их срок службы и повышая надежность.

По сравнению с добавлением дополнительного радиатора к плате из FR-4, алюминиевые подложки обеспечивают «общее теплоотвод», что приводит к повышению эффективности и снижению теплового сопротивления.

Отличное соответствие коэффициенту теплового расширения

Керамические и стеклянные корпуса имеют коэффициент теплового расширения, близкий к алюминиевому. При циклическом изменении температуры алюминиевая подложка может расширяться и сжиматься синхронно с кристаллом в керамическом корпусе (например, светодиодным кристаллом), что снижает риск растрескивания паяного соединения из-за термического напряжения. Более высокая механическая прочность и стабильность

Алюминий сам по себе обладает высокой прочностью, обеспечивая лучшую поддержку крупногабаритных и тяжелых компонентов (например, мощных трансформаторов).

Он менее склонен к деформации и лучше сохраняет форму при сборке и транспортировке.

Экологичный и лёгкий

Алюминий — нетоксичный, пригодный для вторичной переработки и экологически чистый металл.

По сравнению с медными или стальными теплорассеивающими решениями эквивалентной прочности, алюминий легче.

III. Ключевые показатели эффективности 

Теплопроводность: Это важнейший показатель, измеряемый в Вт/м·К. Он характеризует способность материала проводить тепло.

Термическое сопротивление: Измеряет степень, в которой весь слой изоляции препятствует теплопередаче; чем ниже тепловое сопротивление, тем лучше. Пробивное напряжение: максимальное напряжение, которое может выдержать изоляционный слой, обеспечивая электробезопасность.

Толщина алюминиевой подложки: обычно используется толщина 1,0 мм, 1,5 мм, 2,0 мм и 3,0 мм. Более толстые алюминиевые подложки обеспечивают лучший отвод тепла, но при этом тяжелее и дороже.

IV. Основные области применения
Алюминиевые подложки являются стандартом практически для всех областей применения, где требуется высокая температура:

Светодиодное освещение
Основная область применения: Мощные светодиодные кристаллы, светодиодные автомобильные фары, светодиодные уличные фонари, светодиодные дисплеи и т. д. Алюминиевые подложки непосредственно решают «сердцевину» светодиодов — проблему отвода тепла.

Силовые модули
Импульсные источники питания, DC/DC-преобразователи, инверторы, контроллеры двигателей и т. д., где основными источниками тепла являются переключающие транзисторы и выпрямители.

Автомобильная электроника
Блокировщики двигателей, драйверы светодиодных фар, системы управления питанием и т. д., требующие высокой надежности и стойкости к высоким температурам.

Силовые устройства
Мощные транзисторы, усилители мощности и т. д.

Промышленное управление
Мощные преобразователи частоты, сервоприводы и т. д.

V. Особые моменты при проектировании и производстве
Процесс производства алюминиевых подложек существенно отличается от процесса производства обычных печатных плат, что требует особого внимания при проектировании:

Невозможность создания сквозных отверстий: Из-за алюминиевой подложки сквозные отверстия невозможно сверлить и металлизировать, как в обычных печатных платах, для обеспечения межслоевых соединений. Все схемы должны быть выполнены с одной стороны.

Решения: Если требуется двусторонняя трассировка, можно использовать технологию «проводниковых столбов» или более сложный процесс «алюминиевая подложка с медным покрытием».

Сверление и контурная обработка:

Алюминий относительно мягкий, поэтому при сверлении легко образуются заусенцы, что приводит к значительному износу режущих инструментов.

Контурная обработка обычно выполняется с помощью фрезерования на станках с ЧПУ, а не V-образной резки.

Правила проектирования:

Расстояние между медной фольгой и краем платы должно быть больше, чтобы предотвратить поверхностный разряд под высоким напряжением.

Поскольку плата односторонняя, разводка требует более тщательного планирования.

Покрытия поверхности: Обычно используются покрытия HASL, иммерсионное золото и OSP, аналогичные покрытиям обычных печатных плат.