Les circuits imprimés en aluminium sont parmi les plus populaires à cœur métallique et se retrouvent dans de nombreuses applications. Leur base métallique et leurs laminés cuivrés offrent une excellente conductivité thermique et une excellente isolation électrique. Dans cet article, nous aborderons en détail ce type de circuit imprimé essentiel, notamment sa structure, son procédé de fabrication et ses applications. Poursuivez votre lecture pour en savoir plus.
Qu'est-ce qu'un PCB en aluminium ?
Un circuit imprimé en aluminium, également appelé circuit imprimé à base d'aluminium, circuit imprimé plaqué aluminium ou circuit imprimé à substrat métallique isolé (IMS). Il s'agit d'un type de circuit imprimé utilisant une couche de base en aluminium au lieu du matériau traditionnel en fibre de verre FR4. Il est généralement constitué d'un épais substrat en aluminium, recouvert d'une couche diélectrique thermoconductrice mais électriquement isolante, sur laquelle est disposée une couche de cuivre utilisée pour les pistes de circuit. La construction unique des circuits imprimés en aluminium leur confère une excellente dissipation thermique, ce qui les rend parfaits pour les applications haute puissance et autres types de circuits générant beaucoup de chaleur, comme les systèmes d'éclairage LED, les alimentations et l'électronique automobile.
Structure du PC en aluminiumBs
Les PCB en aluminium sont en fait assez similaires à PCB FR4La structure de base des circuits imprimés en aluminium est composée de quatre couches : une couche diélectrique, une feuille de cuivre, une couche de base en aluminium et une membrane de base en aluminium.
• Couche de feuille de cuivre
La couche de cuivre utilisée est relativement plus épaisse que celle des CCL classiques (1 à 10 g). Une couche de cuivre plus épaisse offre une capacité de transport de courant plus élevée.
• Couche diélectrique
La couche diélectrique est une couche thermoconductrice d'une épaisseur d'environ 50 à 200 micromètres. Sa faible résistance thermique est idéale pour cette application.
• Base en aluminium
Cette troisième couche est la base en aluminium, constituée d'un substrat en aluminium. Elle présente une conductivité thermique élevée.
• Couche de membrane à base d'aluminium
La membrane de base en aluminium est sélective. Elle joue un rôle défensif en protégeant l'extérieur de l'aluminium contre les attaques et les éraflures indésirables. Il existe deux types de membrane : environ 250 °C (température ambiante) et moins de 120 °C (température ambiante élevée).
Processus de fabrication de circuits imprimés en aluminium : guide étape par étape
Étape 1 : Conception et ingénierie
Les logiciels de CAO sont utilisés par les ingénieurs pour créer des schémas de circuits imprimés qui sont ensuite transformés en Fichiers Gerber qui contiennent les spécifications complètes du circuit.
Étape 2 : Sélection du matériau de base
Choisissez des alliages d'aluminium appropriés comme 5052, 6061 ou 7075 et nettoyez très soigneusement la surface du PCB pour éliminer la saleté et l'huile afin d'agrandir la liaison.
Étape 3 : Application de la couche diélectrique
Nous recouvrons ensuite la surface en aluminium d’une couche d’environ 50 à 200 micromètres d’épaisseur, la couche est thermiquement conductrice, mais électriquement isolante.
Étape 4 : Laminage de la feuille de cuivre
Une feuille de cuivre de haute qualité est collée à la couche diélectrique à 150-180°C sous pression contrôlée.
Étape 5 : Imagerie et gravure
La couche de cuivre subit photorésist revêtement, exposition aux UV et gravure chimique pour créer le motif du circuit.
Étape 6 : Protection de surface
Les circuits sont ensuite protégés par un masque de soudure protecteur et les composants marqués par une sérigraphie.
Étape 7 : Traitement mécanique
Le panneau en aluminium subit un perçage de précision, un placage de trous et une séparation du panneau en unités individuelles.
Étape 8 : Tests de qualité
Toutes les cartes sont testées par des systèmes d'inspection automatiques pour la continuité électrique, la résistance thermique et la précision dimensionnelle.
Difficultés de fabrication des PCB en aluminium
Le procédé de fabrication des circuits imprimés presque entièrement en aluminium est fondamentalement le même. Nous aborderons ici les principaux procédés de fabrication, les problèmes rencontrés et leurs solutions.
1 : Gravure sur cuivre
La feuille de cuivre utilisée dans les circuits imprimés en aluminium est modérément épaisse. Cependant, si elle dépasse 3 g, la gravure nécessite un réglage de la largeur. Si elle n'est pas conforme aux exigences de conception, la largeur de la piste sera hors tolérance après gravure. C'est pourquoi la compensation de la largeur de la piste doit être conçue avec précision. Les facteurs de gravure doivent être contrôlés pendant le processus de fabrication.
2 : Impression du masque de soudure
L'épaisseur de la feuille de cuivre rend difficile l'impression du masque de soudure sur les circuits imprimés en aluminium. En effet, si la piste de cuivre est trop épaisse, l'image gravée présentera une différence importante entre la surface de la carte de base et celle de la piste, rendant l'impression du masque de soudure difficile. Il est donc préférable d'utiliser une double impression. L'huile de masque de soudure utilisée doit être de bonne qualité et, dans certains cas, le remplissage en résine est effectué avant l'application du masque de soudure.
3 : Fabrication mécanique :
Le processus de fabrication mécanique implique le moulage, le perçage mécanique, le rainurage en V, etc. Ces opérations sont effectuées sur les vias internes. Cela tend à diminuer la rigidité diélectrique. Par conséquent, l'utilisation de fraises professionnelles et électriques est recommandée pour la fabrication de produits en petites séries. Les paramètres de perçage doivent être ajustés pour éviter la formation de bavures. Cela améliorera votre fabrication mécanique.
Avantages des circuits imprimés à base d'aluminium
Les circuits imprimés à noyau métallique présentent un ensemble unique d’avantages par rapport aux autres matériaux de base.
- Respectueux de l'environnement
L'aluminium est un métal recyclable et non toxique. Du producteur à l'acheteur final, son utilisation dans les PCB contribue à la préservation de la planète.
- Meilleur transfert de chaleur
Les températures élevées peuvent causer de graves dommages aux composants électroniques. L'aluminium conduit et évacue la chaleur des pièces dangereuses afin de minimiser les dommages aux circuits imprimés.
- Très durable
L'aluminium est plus résistant et plus durable que des matériaux de base comme la fibre de verre et la céramique. Sa fabrication soignée réduit les risques de casse accidentelle pouvant survenir lors de la fabrication, de la manipulation et de l'utilisation quotidienne.
- Légèreté
L'aluminium est un matériau très léger. Il confère durabilité et résistance aux circuits imprimés sans les alourdir.
Performances des PCB en aluminium
stabilité dimensionnelle
Les circuits imprimés en aluminium présentent une stabilité dimensionnelle et une taille constante. Par exemple, lorsqu'ils sont chauffés entre 30 et 140 degrés, leurs dimensions ne varient que de 2.5 à 3.0 %.
Dissipation thermique
Les performances de dissipation thermique des circuits imprimés en aluminium sont plutôt bonnes par rapport aux circuits imprimés FR4 classiques. Par exemple, un circuit imprimé FR4 de 1.5 mm d'épaisseur présente une résistance thermique de 20 à 22 degrés par watt, tandis qu'un circuit imprimé en aluminium de 1.5 mm d'épaisseur présente une résistance thermique d'environ 1 à 2 degrés par watt.
Dilatation thermique
Chaque substance possède son propre coefficient de dilatation thermique. Le CTE du cuivre (18 ppm/C) et de l'aluminium (22 ppm/C) est assez proche. Grâce à leur excellente dissipation thermique, les circuits imprimés en aluminium ne présentent pas de problèmes majeurs de contraction ou de dilatation. Ils sont extrêmement durables, fiables et offrent des performances exceptionnelles.
Applications de circuits imprimés en aluminium
Voici une liste d’applications courantes de circuits imprimés à noyau en aluminium :
• Médical: Éclairage de salle d'opération, Outils d'éclairage chirurgical, Technologie de numérisation haute puissance. et convertisseurs de puissance.
• Consommateur: Éclairage public, éclairage de contrôle de la circulation, éclairage intérieur des bâtiments, éclairage paysager et équipement de camping.
• Modules d'alimentation: Y compris les relais statiques, les convertisseurs, les ponts et les redresseurs de puissance.
• Télécommunications:Y compris les amplificateurs haute fréquence et les appareils de filtrage.
• Source de courant: Tels que les régulateurs de commutation et les convertisseurs CC/CA.
• Automobile:Y compris les contrôleurs de puissance. éclairage et régulateurs électroniques.
• Des ordinateurs: Tels que les cartes CPU, les lecteurs de disquettes et les périphériques d'alimentation.
• Appareils audio: tels que les amplificateurs d'entrée et de sortie et les amplificateurs de puissance + Bureautique, tels que les moteurs électriques et les variateurs.
MOKO Technology : un fabricant fiable de circuits imprimés en aluminium
MOKO Technology est un fabricant fiable et innovant, spécialisé dans les circuits imprimés en aluminium de haute qualité. Forts de nombreuses années d'expérience et de technologies de pointe, nous nous efforçons de proposer à nos clients des circuits imprimés durables, performants et fabriqués avec précision, répondant aux spécifications les plus exigeantes. Nos circuits imprimés à cœur en aluminium sont conçus pour améliorer la dissipation thermique, les performances et la durée de vie des appareils électroniques. Quel que soit votre secteur d'activité : LED, convertisseur de puissance, automobile ou RF, nous vous proposons une solution sur mesure. N'attendez plus ! obtenir un devis maintenant!
