Teil eins: Was ist eine Aluminium-Leiterplatte?
Aluminiumsubstrat ist eine Art kupferkaschierter Platine auf Metallbasis mit hervorragender Wärmeableitungsfunktion.Im Allgemeinen besteht eine einseitige Platine aus drei Schichten: der Schaltkreisschicht (Kupferfolie), der Isolierschicht und der Metallbasisschicht.Für High-End-Anwendungen gibt es auch doppelseitige Ausführungen mit einem Aufbau aus Schaltkreisschicht, Isolierschicht, Aluminiumbasis, Isolierschicht und Schaltkreisschicht.Bei einigen wenigen Anwendungen handelt es sich um Mehrschichtplatten, die durch die Verbindung gewöhnlicher Mehrschichtplatten mit Isolierschichten und Aluminiumträgern hergestellt werden können.
Einseitiges Aluminiumsubstrat: Es besteht aus einer einzelnen Schicht aus leitfähiger Musterschicht, Isoliermaterial und einer Aluminiumplatte (Substrat).
Doppelseitiges Aluminiumsubstrat: Dabei handelt es sich um zwei übereinander gestapelte Schichten aus leitfähigen Musterschichten, Isoliermaterial und einer Aluminiumplatte (Substrat).
Mehrschichtige Leiterplatte aus gedrucktem Aluminium: Hierbei handelt es sich um eine Leiterplatte, die durch Laminieren und Verbinden von drei oder mehr Schichten aus leitfähigen Musterschichten, Isoliermaterial und einer Aluminiumplatte (Substrat) hergestellt wird.
Aufgeteilt nach Oberflächenbehandlungsmethoden:
Vergoldete Platine (chemisches Dünngold, chemisches Dickgold, selektive Vergoldung)
Zweiter Teil: Funktionsprinzip von Aluminiumsubstraten
Leistungsgeräte werden oberflächenmontiert auf der Schaltungsschicht montiert.Die von den Geräten während des Betriebs erzeugte Wärme wird schnell durch die Isolierschicht zur Metallbasisschicht geleitet, die die Wärme dann ableitet und so eine Wärmeableitung für die Geräte bewirkt.
Im Vergleich zu herkömmlichem FR-4 können Aluminiumsubstrate den Wärmewiderstand minimieren und sind somit hervorragende Wärmeleiter.Im Vergleich zu Dickschicht-Keramikschaltungen verfügen sie auch über überlegene mechanische Eigenschaften.
Darüber hinaus bieten Aluminiumsubstrate die folgenden einzigartigen Vorteile:
- Einhaltung der RoHs-Anforderungen
- Bessere Anpassungsfähigkeit an SMT-Prozesse
- Effektiver Umgang mit Wärmediffusion im Schaltungsdesign, um die Betriebstemperatur des Moduls zu senken, die Lebensdauer zu verlängern, die Leistungsdichte und Zuverlässigkeit zu verbessern
- Reduzierung der Montage von Kühlkörpern und anderer Hardware, einschließlich Wärmeschnittstellenmaterialien, was zu einem kleineren Produktvolumen und geringeren Hardware- und Montagekosten sowie einer optimalen Kombination von Strom- und Steuerkreisen führt
- Ersatz zerbrechlicher Keramiksubstrate für verbesserte mechanische Haltbarkeit
Dritter Teil: Zusammensetzung von Aluminiumsubstraten
1. Schaltungsschicht
Die Schaltkreisschicht (typischerweise unter Verwendung von elektrolytischer Kupferfolie) wird geätzt, um gedruckte Schaltkreise zu bilden, die für den Zusammenbau und die Verbindungen von Komponenten verwendet werden.Im Vergleich zu herkömmlichem FR-4 können Aluminiumsubstrate bei gleicher Dicke und Linienbreite höhere Ströme führen.
2. Isolierschicht
Die Isolierschicht ist eine Schlüsseltechnologie bei Aluminiumsubstraten und dient vor allem der Haftung, Isolierung und Wärmeleitung.Die Isolierschicht von Aluminiumsubstraten ist die wichtigste Wärmebarriere in Leistungsmodulstrukturen.Eine bessere Wärmeleitfähigkeit der Isolierschicht erleichtert die Diffusion der während des Gerätebetriebs erzeugten Wärme, was zu niedrigeren Betriebstemperaturen, einer höheren Leistungsbelastung des Moduls, einer geringeren Größe, einer längeren Lebensdauer und einer höheren Leistungsabgabe führt.
3. Metallbasisschicht
Die Wahl des Metalls für die isolierende Metallbasis hängt von umfassenden Überlegungen zu Faktoren wie dem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der Wärmeleitfähigkeit, der Festigkeit, der Härte, dem Gewicht, der Oberflächenbeschaffenheit und den Kosten der Metallbasis ab.
Vierter Teil: Gründe für die Wahl von Aluminiumsubstraten
1. Wärmeableitung
Viele doppelseitige und mehrschichtige Platinen weisen eine hohe Dichte und Leistung auf, was die Wärmeableitung zu einer Herausforderung macht.Herkömmliche Substratmaterialien wie FR4 und CEM3 sind schlechte Wärmeleiter und verfügen über eine Zwischenschichtisolierung, was zu einer unzureichenden Wärmeableitung führt.Aluminiumsubstrate lösen dieses Problem der Wärmeableitung.
2. Wärmeausdehnung
Wärmeausdehnung und -kontraktion sind Materialien inhärent, und verschiedene Stoffe haben unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten.Leiterplatten auf Aluminiumbasis lösen effektiv Probleme bei der Wärmeableitung, indem sie das Problem der thermischen Ausdehnung unterschiedlicher Materialien auf den Komponenten der Leiterplatte lindern und die Gesamthaltbarkeit und Zuverlässigkeit verbessern, insbesondere bei SMT-Anwendungen (Surface Mount Technology).
3. Dimensionsstabilität
Leiterplatten auf Aluminiumbasis sind im Vergleich zu Leiterplatten aus isoliertem Material deutlich stabiler in ihren Abmessungen.Die Dimensionsänderung von Leiterplatten auf Aluminiumbasis oder Aluminiumkernplatten, erhitzt von 30 °C auf 140–150 °C, beträgt 2,5–3,0 %.
4. Andere Gründe
Leiterplatten auf Aluminiumbasis haben eine Abschirmwirkung, ersetzen spröde Keramiksubstrate, eignen sich für die Oberflächenmontagetechnik, reduzieren die effektive Fläche von Leiterplatten, ersetzen Komponenten wie Kühlkörper, um die Hitzebeständigkeit und physikalischen Eigenschaften des Produkts zu verbessern, und senken Produktionskosten und Arbeitsaufwand.
Fünfter Teil: Anwendungen von Aluminiumsubstraten
1. Audiogeräte: Eingangs-/Ausgangsverstärker, symmetrische Verstärker, Audioverstärker, Vorverstärker, Leistungsverstärker usw.
2. Energieausrüstung: Schaltregler, DC/AC-Wandler, SW-Einsteller usw.
3. Elektronische Kommunikationsgeräte: Hochfrequenzverstärker, Filtergeräte, Übertragungsschaltungen usw.
4. Büroautomatisierungsgeräte: Elektromotortreiber usw.
5. Automotive: Elektronische Regler, Zündsysteme, Leistungsregler usw.
6. Computer: CPU-Boards, Diskettenlaufwerke, Netzteile usw.
7. Leistungsmodule: Wechselrichter, Halbleiterrelais, Gleichrichterbrücken usw.
8. Beleuchtungskörper: Mit der Förderung von Energiesparlampen werden in LED-Leuchten häufig Substrate auf Aluminiumbasis verwendet.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 09.08.2023
