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Aluminium-PCB ist eine aus Aluminium gefertigte Leiterplatte, bekannt als Metal Core Printed Circuit Board (MCPCB), welche eine wichtige Rolle in der Familie der Leiterplatten spielt.
Auf der Oberfläche der Aluminium-Leiterplatte ist in der Regel eine dünne Schicht aus wärmeleitendem und elektrisch isolierendem Material aufgebracht, wodurch sie eine ausgezeichnete Wärme- und Elektrizitätsleitung aufweist.
Aus diesem Grund werden Aluminium-Leiterplatten in Bereichen eingesetzt, bei denen Wärmeentwicklung erforderlich ist, wie z. B. in der Automobil-Elektronik, in Hochleistungs-LED-Beleuchtung und anderen wärmeintensiven Geräten.
Aluminiumbasierte Leiterplatten werden hauptsächlich in Branchen eingesetzt, bei denen Wärmeableitung erforderlich ist. Je nach unterschiedlichen Anforderungen können im Allgemeinen die folgenden drei Arten von Aluminiumsubstraten ausgewählt werden:
Ein einseitiger Aluminiumträger besteht aus einer Schicht Metall-Aluminiumplatte als Substrat, auf deren einer Seite eine leitfähige Kupferschicht aufgebracht ist. Obwohl der einseitige Aluminiumträger in der Konstruktion einfach ist, findet er jedoch breite Anwendung in Märkten mit hohen Anforderungen an die Wärmeableitung, wie z. B. bei LED-Beleuchtung, Automobilelektronik, Stromversorgungen usw.
Ein doppelseitiger Aluminiumträger enthält zwei Schichten Aluminiumsubstrat, wobei beide Seiten mit einer Kupferschicht bedeckt sind. Im Vergleich zum einseitigen Aluminiumträger bietet er eine höhere Designflexibilität und Funktionalität. Bauteile können auf beiden Seiten der Platine montiert werden, um den Anforderungen einer höheren Bauteildichte und komplexen Schaltungsdesigns gerecht zu werden. Er eignet sich für Anwendungen, die eine stärkere thermische Leistung und elektrische Isolierung erfordern, wie z. B. bei Leistungswandlern, Motorensteuerungen usw.
Die Basis einer metallkernbasierten Leiterplatte (MCPCB) besteht in der Regel aus Aluminium oder Kupferlegierung, eingeschlossen zwischen einer isolierenden Schicht und Kupferfolie. Im Vergleich zu herkömmlichen Leiterplatten wie FR-4 weist die metallkernbasierte Leiterplatte eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit und bessere Wärmeabfuhr auf. MCPCB wird auch als Aluminium-Verbund-Leiterplatte (Aluminum-clad PCB) bezeichnet und gibt es in drei Ausführungen: einlagig, zweilagig und mehrschichtig.
Um die beste Wärmeleitfähigkeit zu erzielen, sollte die Herstellung von Aluminium-Leiterplatten auf die folgenden wichtigen Schritte konzentrieren:
Zunächst ist die Wahl des geeigneten Materials der erste Schritt zum Erfolg. Häufig verwenden wir Aluminiumlegierungen vom Typ 6061 und 5052, da diese über eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit verfügen.
Es ist erforderlich, ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit und guter elektrischer Isolierfähigkeit zu finden, wie z.B. Polyimid oder Epoxidharz. Anschließend werden diese Materialien verwendet, um mit dem Aluminiumkern zu verkleben.
Während des Herstellungsprozesses sollte die Dicke der Kupferschicht innerhalb eines angemessenen Bereichs gehalten werden, damit die fertige Leiterplatte eine gute Wärmeableitung sowie gute Leistungs- und elektrische Eigenschaften aufweist.
Die Leiterbahnen werden mittels eines standardmäßigen PCB-Ätzverfahrens hergestellt.
Die hohe Wärmeleitfähigkeit von Aluminium ermöglicht es, die Wärme von wärmeentwickelnden Bauteilen schnell abzuführen, wodurch das Überhitzungsrisiko verringert und die Lebensdauer des Geräts verlängert wird.
Die Kombination aus Aluminiumsubstrat und Kupferleiterbahn weist die Vorteile eines geringen Wärmewiderstands und hoher Wärmeleitfähigkeit auf und eignet sich daher für Anwendungsszenarien mit hohem Leistungsbedarf.
In Geräten mit strengen Anforderungen an geringes Gewicht und begrenzten Platzbedarf sind Aluminiumsubstrate oft die beste Wahl, da sie leicht und kompakt sind.
In rauen Umgebungen sind Aluminium-Substrate ebenfalls die beste Wahl. Da Leiterplatten mit Aluminiumbasis eine gute mechanische Festigkeit und Langlebigkeit aufweisen, können sie auch unter rauen Bedingungen weiterhin funktionieren.
Im Vergleich zu Flüssigkeitskühlung und Wärmesenken sind Leiterplatten mit Aluminiumbasis bei der Lösung thermischer Anforderungen kosteneffizienter, bieten höhere Wärmemanagement-Lösungen und die PCB-Planung ist einfacher und leichter herzustellen.
In der Regel können wir nur einlagige und zweilagige Aluminium-Substrate herstellen. Aufgrund der Grenzen des Fertigungsprozesses sind mehrschichtige Aluminium-Substrate schwer herzustellen, sodass sie die Anforderungen komplexer Mehrschicht-Designs nicht erfüllen können.
Metallische Aluminium-Materialien weisen eine hohe Steifigkeit und geringe Weichheit auf und sind nicht so flexibel wie Polyimid- oder Polyester-Substrate. Daher sind sie für Anwendungen, die wiederholtes Biegen erfordern, nicht geeignet.
Der thermische Ausdehnungskoeffizient von Aluminium-Substraten ist relativ hoch und unterscheidet sich von einigen Bauelementen und Lotmaterialien. Die Diskrepanz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten kann leicht zu Lötstellenbeschädigungen oder Ablösungen führen und somit die Gesamtzuverlässigkeit beeinträchtigen.
Im Vergleich zu herkömmlichen Substraten erfordern die Metalleigenschaften von Aluminiumsubstraten mehr Zeit bei der Berücksichtigung während der Fertigung und Montage, was die Prozesskomplexität und die Kosten erhöht.
Obwohl Aluminiumsubstrate deutliche Vorteile im Wärmemanagement bieten, weisen im Vergleich zu herkömmlichen FR4-Materialien aluminiumbasierte Leiterplatten höhere Materialkosten, spezielle Fertigungsverfahren und Anforderungen an die Oberflächenbehandlung auf, wodurch die Gesamtfertigungskosten steigen.
Funktion |
Fähigkeit |
| Substratmaterial (16px) | 5052, 6061, 7075, Stärke 1,6 mm bis 9 mm |
| Kupferdicke | 1 Unze bis 12 Unzen (35 μm bis 420 μm) |
| Dicke der Isolierschicht | 0,1mm~0,2mm (Bergquist Thermal-Clad, Larid Tlam) |
| Anzahl der Schichten | 1-8 Schichten |
| Minimale Linienbreite | 4mil~5mil (0,1mm~0,127mm) |
| Minimale Leiterbahnentfernung | 4mil~5mil (0,1mm~0,127mm) |
| Minimale Blendenöffnung | 0.3mm~1.0mm |
| Maximale Platinentgröße | 600mm×1170mm |
| Wärmeleitfähigkeit | 1,0~12,0 W/m·K |
| Oberflächenbehandlung | HASL, OSP, ENIG |
| Lötstopplackabstand | ≥ 3mil (0.075mm) |
| Lötmaskenfarbe | Weiß, grün, schwarz |
| Seitenbeschriftung | Gemäß der Datei |
| Abstand der Beschriftungsebene | ≥0,15 mm |
| Verpackung des Fertigprodukts | Schaum/Blasenpolster |
Mit der ständigen Weiterentwicklung elektronischer Systeme haben aluminiumbasierte Leiterplatten breite Perspektiven. Die aktuelle Hauptforschungs- und Entwicklungsrichtung besteht darin, die Wärmeleitfähigkeit von Isoliermaterialien zu verbessern, um die Fertigungseffizienz zu steigern und Kosten zu senken. Aluminiumplatten werden auch in neu entstehenden Bereichen wie 5G, Telekommunikation, Internet der Dinge und erneuerbare Energien eingesetzt.
LHD ist ein Unternehmen, das sich seit 2003 auf die Herstellung von aluminiumbasierten Leiterplatten konzentriert und stets darauf bestanden hat, Dienstleistungen anzubieten, die hohen internationalen Standards entsprechen.
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