アルミPCB

アルミニウムPCBとは？

アルミニウムPCBは、アルミニウムで作られたPCBで、金属コアプリント基板（MCPCB）として知られており、プリント基板の中で重要な役割を果たしています。

アルミニウムPCBの表面には、通常、熱伝導性と電気絶縁性を持つ薄い層が貼り合わされているため、優れた熱伝導性と電気伝導性を持っています。

このため、アルミニウムPCBは自動車用電子機器や高電力LED照明などの発熱が必要とされる分野をはじめ、多くの高発熱装置で広く使用されています。

一般的なアルミニウムベース基板の種類

アルミニウム基板は熱伝導性を必要とする業界で主に使用されます。用途に応じて、以下の3種類のアルミニウム基板から一般的に選択されます。

1. 片面アルミニウム基板

片面アルミニウム基板は、金属アルミニウム板の層を基板とし、その一方の面に導電性銅の層が貼り合わされた構造になっています。片面アルミニウム基板は構造がシンプルですが、LED照明、自動車電子機器、電源など、放熱性に高い要求が求められる市場で広く使用されています。

2. 両面アルミニウム基板

両面アルミニウム基板は、アルミニウム系基板の層が2枚含まれており、両面とも銅の層で覆われています。片面アルミニウム基板と比較して、より高い設計自由度と機能性を備えています。基板の両面に部品を取り付けることができ、高密度部品配置や複雑な回路設計のニーズに対応可能です。放熱性および電気絶縁性がより強く求められる用途、例えば電源コンバーターやモータードライブなどに適しています。

3. メタルコアプリント基板（MCPCB）

金属ベースPCBの基材は通常、アルミニウムまたは銅合金で構成されており、絶縁層と銅箔の間にサンドイッチ状に配置されています。FR-4などの従来のPCBと比較して、金属ベースPCBは優れた熱伝導性と放熱性能を持っています。MCPCBはアルミニウムクラッドPCB（Aluminum-clad PCB）とも呼ばれ、シングル層、ダブル層、マルチ層の3種類があります。

アルミニウム基板製造のキーファクター

最適な熱伝導性を得るために、アルミニウム基板の製造においては以下の重要な工程に注力する必要があります：

アルミニウム材料の選定

まず、適切な材料の選定が成功への第一歩です。私たちは6061や5052のアルミニウム合金をよく使用しますが、これらは優れた熱伝導性を持っているからです。

絶縁層の貼り合わせ

熱伝導性が強く、電気絶縁性能に優れた素材（例えばポリイミドやエポキシ樹脂など）を見つけ、それらを使用してアルミニウムコアと貼り合わせる必要があります。

適切な銅の厚さを維持する

製造工程中、銅層の厚さは適切な範囲内に保つ必要があります。これにより、完成した基板が優れた放熱性、性能および電気的性能を持つようになります。

導電ラインのエッチング

導電ラインは標準的なPCBエッチング工程によって製造されます。

アルミベース基板の利点

アルミベース基板は以下の利点を持ちます：

優れた放熱性能

アルミニウムの高い熱伝導性により、発熱素子の熱を迅速に放出することが可能となり、過熱のリスクを低減し、装置の寿命を延ばします。

電気性能の向上

アルミ基材と銅回路の組み合わせは、熱抵抗が低く熱伝導率が高いという利点があり、高出力のアプリケーションに適しています。

軽量でコンパクト

軽量で限られたスペースに設置される機器において、アルミ基材は軽量かつコンパクトなため、しばしば最適な選択肢となります。

強い適応性

過酷な環境では、アルミニウム基板も最適な選択肢です。アルミニウムベースのPCBは優れた機械的強度と耐久性を備えているため、過酷な環境下でも継続して動作することが可能です。

高コスト効率

液体冷却やヒートシンクと比較して、アルミニウムベースのPCBは熱管理のニーズを解決する上でより費用対効果が高く、高い熱管理ソリューションを提供し、PCB設計が簡素で製造が容易です。

アルミニウム基板製造のキーファクター

アルミニウム基板には多くの利点がありますが、いくつかの欠点もあります：

層数制限

通常、当社では単層アルミニウム基板および二層アルミニウム基板のみを製造できます。製造プロセスの制約により、多層アルミニウム基板は製造が難しく、複雑な多層設計のニーズに応えることができません。

柔軟性が低い

金属アルミニウム素材は剛性が高く柔軟性に劣り、ポリイミドやポリエステル基板のように柔軟ではありません。そのため、繰り返し曲げが必要な用途には適していません。

熱膨張係数の不一致

アルミニウム基板の熱膨張係数は比較的高く、一部の部品やはんだ材と異なります。この両者の熱膨張係数の不一致により、はんだ接合部の損傷や層間剥離が発生しやすく、全体的な信頼性に影響を与える可能性があります。

アルミニウム基板は追加的な工程要件を伴います

一般的な基板と比較して、アルミニウム基板の金属特性により製造およびアセンブリ工程においてより多くの検討時間を要し、工程の複雑さやコストが増加します。

高コスト

アルミニウム基板は熱管理において顕著な利点を持っていますが、従来のFR4材料と比較して、アルミニウム基板は材料コストが高価であり、特殊な製造プロセスや表面処理が必要なため、全体的な製造コストが増加します。

アルミニウム基板の適用分野

• LED照明：LEDは作動時に多くの熱を発生させます。アルミニウム基板は優れた放熱機能を持っています。アルミニウム基板を使用したLEDランプは、LEDの性能と寿命を確保できます。
  
• 電源装置：スイッチング電源（SMPS）は、トランジスターやダイオードなどの部品を含み、多くの熱を発生させるため、大量の放熱が必要です。アルミニウム基板はこの要件を満たすことができます。
  
• 自動車電子機器：アルミニウム基板は主にエンジン制御ユニット（ECU）、モーター・コントローラー、バッテリー管理システム、LEDライトなどに使用されます。
  
• 産業用電子機器：モーター・コントローラー、プログラマブル・ロジック・コントローラー（PLC）、産業用自動化システム、産業用電源などの装置に広く使用されています。
  
• 通信機器：アンテナ、ルーター、スイッチなど、高熱を発生する通信モジュールに適用されます。
  
• 再生可能エネルギー：太陽光発電用インバーター、バッテリー管理システム、風力タービンコントローラーなどに適用されます。
  
• コンピュータ周辺機器：高性能オーディオアンプ、ゲームコンソール、グラフィックカードなどに使用されるアルミニウム基板は、放熱管理と性能維持に役立ちます。
  

LHD TECHにおけるアルミ基板の仕様

電子システムの継続的な発展に伴い、アルミニウム基板は広い展望を持っています。現在の主な研究開発方向は、絶縁材料の熱伝導性を向上させることで製造効率を高め、コストを削減することです。アルミニウム基板は、5G、通信、IoT、再生可能エネルギーなどの新興分野でも使用されるようになるでしょう。

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