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Un PCB en aluminium est un circuit imprimé fabriqué en aluminium, connu sous le nom de circuit imprimé à noyau métallique (MCPCB), qui joue un rôle important au sein des cartes de circuits.
Une couche mince de matériau thermiquement conducteur et électriquement isolant est généralement collée à la surface du circuit imprimé en aluminium, lui conférant ainsi une conductivité thermique et électrique remarquable.
Pour cette raison, les PCB en aluminium sont largement utilisés dans les domaines nécessitant une dissipation thermique, tels que l'électronique automobile, l'éclairage LED haute puissance et autres appareils dégageant une forte chaleur.
Les circuits imprimés à base d'aluminium sont principalement utilisés dans les industries exigeant une bonne conductivité thermique. Selon les besoins différents, les trois types de substrats en aluminium suivants peuvent généralement être sélectionnés :
Un substrat aluminium unilatéral est composé d'une couche de plaque d'aluminium métallique servant de substrat, et d'une couche de cuivre conducteur qui est soudée sur un côté de la carte. Bien que le substrat aluminium unilatéral ait une conception simple, il est largement utilisé sur des marchés exigeant une forte dissipation thermique, tels que l'éclairage LED, l'électronique automobile, les alimentations électriques, etc.
Un substrat aluminium bilatéral contient deux couches de substrats en aluminium, et les deux côtés sont recouverts d'une couche de cuivre. Comparé à un substrat aluminium unilatéral, il offre une plus grande flexibilité de conception et plus de fonctionnalités. Les composants peuvent être installés des deux côtés de la carte, répondant ainsi aux besoins liés à une densité plus élevée de composants et à des conceptions de circuits plus complexes. Il convient aux applications nécessitant des performances thermiques plus élevées et une isolation électrique, telles que les convertisseurs de puissance, les entraînements moteurs, etc.
La base des circuits imprimés à noyau métallique (PCB) est généralement en aluminium ou en alliage de cuivre, placée entre une couche isolante et une feuille de cuivre. Par rapport aux PCB traditionnels tels que le FR-4, les circuits imprimés à noyau métallique offrent une excellente conductivité thermique et des capacités de dissipation de chaleur. Les MCPCB sont également appelés PCB avec revêtement en aluminium (Aluminum-clad PCB), et existent en trois types : monocouche, bicouche et multicouche.
Afin d'obtenir une conductivité thermique optimale, la fabrication des PCB en aluminium doit porter une attention particulière aux étapes clés suivantes :
Tout d'abord, choisir un matériau adapté est la première étape vers la réussite. Nous utilisons souvent les alliages d'aluminium 6061 et 5052, car ils possèdent une excellente conductivité thermique.
Nous devons trouver un matériau présentant une bonne conductivité thermique et des performances d'isolation électrique satisfaisantes, comme un polyimide ou une résine époxy. Ensuite, ces matériaux sont utilisés pour coller le noyau en aluminium.
Durant le processus de fabrication, l'épaisseur de la couche de cuivre doit être maintenue dans une plage raisonnable, afin que la carte finale ait une bonne dissipation thermique, des performances électriques et une bonne performance globale.
La piste conductrice est réalisée par un procédé standard de gravure de circuits imprimés.
La haute conductivité thermique de l'aluminium permet d'évacuer rapidement la chaleur des composants chauffants, réduisant ainsi le risque de surchauffe et prolongeant la durée de vie de l'équipement.
La combinaison d'un substrat en aluminium et d'un circuit en cuivre offre les avantages d'une faible résistance thermique et d'une excellente conductivité thermique, ce qui le rend adapté aux applications à haute puissance.
Dans les appareils ayant des exigences strictes en matière de faible poids et d'espace réduit, les substrats en aluminium sont souvent le meilleur choix, car ils sont légers et compacts.
Dans les environnements difficiles, les substrats en aluminium sont également le meilleur choix. En effet, les circuits imprimés (PCB) en aluminium possèdent une bonne résistance mécanique et une grande durabilité, ce qui leur permet de continuer à fonctionner dans des conditions difficiles.
Par rapport au refroidissement par liquide et aux dissipateurs thermiques, les PCB en aluminium sont plus économiques pour répondre aux besoins thermiques, offrent une meilleure gestion thermique, et la conception des PCB est plus simple et plus facile à fabriquer.
Généralement, nous ne pouvons fabriquer que des substrats en aluminium monocouche et des substrats en aluminium bicouche. En raison des limites du procédé de fabrication, les substrats en aluminium multicouches sont difficiles à produire, ils ne peuvent donc pas répondre aux exigences des conceptions multicouches complexes.
Les matériaux en aluminium possèdent une grande rigidité et peu de souplesse, ils ne sont pas aussi flexibles que les substrats en polyimide ou en polyester. Par conséquent, ils ne conviennent pas aux applications nécessitant des pliages répétés.
Le coefficient de dilatation thermique des substrats en aluminium est relativement élevé et diffère de certains composants et matériaux de soudure. Cette incompatibilité des coefficients de dilatation thermique peut facilement entraîner des dommages aux soudures ou un délaminage, affectant ainsi la fiabilité globale.
Par rapport aux substrats ordinaires, les propriétés métalliques des substrats en aluminium nécessitent davantage de temps pour être prises en compte lors de la fabrication et de l'assemblage, ce qui augmentera la complexité du processus et le coût.
Bien que les substrats en aluminium présentent des avantages significatifs en matière de gestion thermique, par rapport aux matériaux traditionnels FR4, les circuits imprimés à base d'aluminium ont un coût matériel plus élevé, nécessitent des processus de fabrication spécifiques et des exigences en matière de traitement de surface, ce qui entraîne un coût global de fabrication accru.
Caractéristique |
Capacité |
| Matériau du substrat（16px） | 5052, 6061, 7075, épaisseur 1,6 mm à 9 mm |
| Épaisseur du cuivre | 1 oz à 12 oz (35 μm à 420 μm) |
| Épaisseur de la couche isolante | 0,1 mm à 0,2 mm (Bergquist Thermal-Clad, Larid Tlam) |
| Nombre de couches | 1 à 8 couches |
| Largeur minimale de ligne | 4 mil à 5 mil (0,1 mm à 0,127 mm) |
| Distance minimale entre les lignes | 4 mil à 5 mil (0,1 mm à 0,127 mm) |
| Ouverture minimale | 0.3mm~1.0mm |
| Dimensions maximales du panneau | 600 mm × 1170 mm |
| Conductivité thermique | 1,0 à 12,0 W/m·K |
| Traitement de surface | HASL, OSP, ENIG |
| Espacement du masque à souder | ≥ 3mil (0.075mm) |
| Couleur du masque de soudure | Blanc, vert, noir |
| Côtés sérigraphiés | Comme indiqué dans le fichier |
| Espacement des couches d'impression | ≥0,15 mm |
| Emballage du produit fini | Coussin en mousse/bulles |
Avec le développement continu des systèmes électroniques, les circuits imprimés à base d'aluminium présentent des perspectives prometteuses. La principale direction actuelle de recherche et développement est l'amélioration de la conductivité thermique des matériaux isolants, permettant ainsi d'améliorer l'efficacité de fabrication et de réduire les coûts. Les substrats en aluminium seront également utilisés dans des domaines émergents tels que le 5G, les télécommunications, l'Internet des objets et l'énergie renouvelable.
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