الدليل الشامل للوحات الدوائر المطبوعة المصنوعة من الألومنيوم

مع ازدياد حجم الأجهزة الإلكترونية وقوتها، تزداد الحرارة الناتجة عن مكوناتها أثناء التشغيل. إذا لم تُبدد هذه الحرارة في الوقت المناسب، فقد يؤثر ذلك بشكل مباشر على أداء الدائرة. على الرغم من أن لوحة الدوائر المطبوعة التقليدية المصنوعة من مادة FR4 هي الأكثر استخدامًا، إلا أنها تكاد تكون معدومة التوصيل الحراري. لتبديد الحرارة، غالبًا ما يتطلب الأمر إضافة مشتتات حرارية إضافية، وحفر العديد من الفتحات الحرارية، وحتى إضافة مراوح. هذا لا يزيد حجم لوحة الدوائر ويزيد تكلفتها فحسب، بل يحد أيضًا من مرونة التصميم.

لحل هذه المشاكل، ظهرت لوحات الدوائر المطبوعة المصنوعة من الألومنيوم. وباعتبارها لوحات دوائر مطبوعة ذات قلب معدني (MCPCB)، وخاصةً ركيزة الألومنيوم التي يعتمد عليها، فقد أحدثت تغييرًا جذريًا في طريقة تبديد الحرارة في المنتجات الإلكترونية عالية الطاقة. واليوم، أصبحت لوحات الدوائر المطبوعة المصنوعة من الألومنيوم الخيار الأمثل لإدارة الحرارة في العديد من الصناعات.

في هذه المقالة، سنقدم مقدمة شاملة عن ماهية لوحة الدوائر المطبوعة المصنوعة من الألومنيوم، وبنيتها، ومزاياها الرئيسية، وأنواعها الشائعة، بالإضافة إلى اختلافاتها وتطبيقاتها عن لوحات FR4 التقليدية. وأخيرًا، ستعرف لماذا يعتبرها معظم مصنعي لوحات الدوائر المطبوعة ذات النواة المعدنية إنجازًا هامًا في مجال تصنيع الإلكترونيات.

ما هي لوحة الدوائر المطبوعة المصنوعة من الألومنيوم؟

لوحة الدوائر المطبوعة المصنوعة من الألومنيوم هي نوع خاص من لوحات الدوائر المطبوعة ذات النواة المعدنية. مادتها الأساسية هي ركيزة من الألومنيوم، بدلاً من الألياف الزجاجية FR4 التقليدية. تنتمي لوحة الدوائر المطبوعة المصنوعة من الألومنيوم إلى نوع من لوحات الدوائر المطبوعة ذات النواة المعدنية. وتُعرف أيضًا باسم لوحة الدوائر المطبوعة ذات النواة الألومنيومية، أو لوحة الدوائر المطبوعة المغطاة حراريًا، أو لوحة الدوائر المطبوعة المغطاة بالألومنيوم، أو لوحة الدوائر المطبوعة ذات الركيزة المعدنية المعزولة.

ظهر مفهوم هذا النوع من لوحات الدوائر الإلكترونية لأول مرة في سبعينيات القرن الماضي، عندما استُخدمت لوحات الدوائر المطبوعة المصنوعة من الألومنيوم في الدوائر المتكاملة الهجينة لمضخمات الطاقة. ومع تطور صناعة إضاءة LED، ازداد استخدام هذا النوع من لوحات الدوائر الإلكترونية المعدنية، لأن جودة تبديد الحرارة في الأجهزة عالية الطاقة تُحدد بشكل مباشر أداء الدائرة وعمرها الافتراضي.

في الوقت الحاضر، أصبحت لوحات الدوائر المطبوعة المصنوعة من الألومنيوم الخيار الأمثل للعديد من التطبيقات التي تتطلب تبديدًا حراريًا عاليًا ومتانة عالية وثباتًا أبعاديًا. وتولي معظم الشركات الرائدة في تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة ذات النواة المعدنية والألومنيوم أهمية بالغة لنماذج لوحات الدوائر المطبوعة المصنوعة من الألومنيوم وإنتاجها بكميات كبيرة.

بنية لوحات الدوائر المطبوعة المصنوعة من الألومنيوم

تتكون لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) المصنوعة من الألومنيوم بشكل أساسي من أربعة أجزاء: طبقة رقائق النحاس، وطبقة العزل الكهربائي (طبقة PP)، وطبقة قاعدة الألومنيوم، وغشاء قاعدة الألومنيوم. يُمكّن هذا الهيكل لوحات الدوائر المطبوعة ذات النواة المعدنية ليس فقط من تلبية متطلبات الأداء الكهربائي، بل أيضًا من توفير توصيل حراري ممتاز، مما يجعلها التصميم الأساسي للوحات الدوائر المطبوعة ذات النواة الألومنيوم.

1. طبقة رقائق النحاس

هذه هي الطبقة العلوية من لوحة الدوائر المطبوعة المصنوعة من الألومنيوم، والتي تُستخدم لنقش أنماط الدوائر وتشكيل المسارات والوسادات. تشبه لوحة الدوائر المطبوعة FR4 العادية، ولكن في لوحة الدوائر المطبوعة ذات قلب الألومنيوم، عادةً ما تكون طبقة النحاس أكثر سمكًا وتتحمل تيارات أكبر.

2. الطبقة العازلة/طبقة البولي بروبلين

الطبقة العازلة هي مكون أساسي في لوحة الدوائر المطبوعة المصنوعة من الألومنيوم. لها ثلاث وظائف:

•  يضمن العزل الكهربائي عدم حدوث تماس كهربائي بين طبقة النحاس وطبقة القاعدة المصنوعة من الألومنيوم.

•  التوصيل الحراري، نقل الحرارة بسرعة في الدائرة إلى لوحة القلب المعدني؛

•  الترابط الميكانيكي، مما يضمن رابطة قوية بين طبقة النحاس وطبقة الألومنيوم.

3. طبقة قاعدة من الألومنيوم

هذه هي الطبقة السفلية للوحة الدائرة، وهي أيضًا قاعدة الألومنيوم نفسها. توفر هذه الطبقة متانة ميكانيكية، وتعمل كمشتت حراري، ويمكن أيضًا تشكيلها بفتحات أو زعانف أو ميزات أخرى لتحسين التبريد.

4. غشاء ذو ​​قاعدة من الألومنيوم

تحتوي بعض لوحات الدوائر المطبوعة المغطاة بالألمنيوم على طبقة أكسيد مضافة إلى سطح الطبقة الأساسية المصنوعة من الألومنيوم، مما يساعد على منع الخدوش وتجنب التآكل الكيميائي، كما يعمل على تعزيز الالتصاق بين الطبقة العازلة وطبقة الألومنيوم.

بشكل عام، لا يضمن هيكل لوحة الدوائر المطبوعة المصنوعة من الألومنيوم الأداء الكهربائي فحسب، بل يُراعي أيضًا كفاءة تبديد الحرارة، وهي الميزة الأهم للوحة الدوائر المعدنية. ولهذا السبب تحديدًا، يُركز مُصنّعو لوحات الدوائر المطبوعة المصنوعة من الألومنيوم، عند إجراء النماذج الأولية أو الإنتاج الضخم لها، على تحسين طبقات الهيكل هذه.

خصائص ومزايا لوحات الدوائر المطبوعة المصنوعة من الألومنيوم

بالمقارنة مع ألواح FR4 التقليدية والركائز الخزفية، تتميز لوحات الدوائر المطبوعة المصنوعة من الألومنيوم بالعديد من المزايا الفريدة. هذه الميزات تجعل لوحات الدوائر المطبوعة ذات النواة الألومنيومية الحل الأمثل لمتطلبات الطاقة العالية وتبديد الحرارة العالي في المنتجات الإلكترونية الحديثة.

1. تبديد حراري ممتاز

تبلغ المقاومة الحرارية للوحة دارات مطبوعة FR4 بسمك 1.5 مم حوالي 20-22 درجة مئوية/وات، في حين تبلغ المقاومة الحرارية للوحة دارات مطبوعة من الألومنيوم بنفس السمك 1-2 درجة مئوية/وات فقط، مما يشير إلى تحسن كبير في كفاءة تبديد الحرارة.

2. تقليل التمدد الحراري

معامل التمدد الحراري للألمنيوم (CTE) (حوالي ٢٢ جزءًا في المليون/درجة مئوية) قريب من معامل التمدد الحراري للنحاس (١٨ جزءًا في المليون/درجة مئوية). هذا التوافق يُخفف الضغط على وصلات اللحام أثناء تغيرات درجة الحرارة، ويُعزز موثوقية لحام SMT.

3. استقرار أبعاد قوي

عندما ترتفع درجة الحرارة من 30 درجة مئوية إلى 140 درجة مئوية، فإن التغيير في أبعاد PCB المصنوعة من الألومنيوم يكون فقط 2.5% إلى 3%، وهو أكثر استقرارًا من FR4 ومناسب بشكل خاص للمعدات ذات متطلبات الدقة العالية.

4. المتانة والقوة الميكانيكية

بالمقارنة مع لوحات الدوائر المعدنية القائمة على السيراميك، فإن ركائز الألومنيوم أكثر صلابة وأقل هشاشة وأكثر مقاومة للصدمات، كما أنها أكثر موثوقية في الإنتاج والشحن والاستخدام.

5. الفوائد البيئية

الألومنيوم مادة غير سامة، قابلة لإعادة التدوير، ومتوفرة بكثرة. استخدام لوحات الدوائر المطبوعة المغطاة بالألومنيوم ليس صديقًا للبيئة فحسب، بل يتماشى أيضًا مع توجهات تطوير التصنيع الأخضر في صناعة الإلكترونيات.

6. فعالية التكلفة

لوحة الدوائر المطبوعة المصنوعة من الألومنيوم أغلى قليلاً من FR4، لكنها أرخص بكثير من لوحة الدوائر المطبوعة ذات النواة المعدنية النحاسية. علاوة على ذلك، تتميز بتبديد الحرارة، مما يُغني عن الحاجة إلى مشعات حرارية إضافية، ويجعل التكلفة الإجمالية أكثر فعالية من حيث التكلفة.

7. الحماية الكهرومغناطيسية والقوة العازلة العالية

لا يضمن هيكل لوحة الدوائر المطبوعة ذات الركيزة المعدنية المعزولة العزل الكهربائي فحسب، بل يقلل أيضًا بشكل طبيعي من تداخل EMI، مما يجعل تشغيل الدائرة أكثر استقرارًا وأمانًا.

حول PCBasic

الوقت هو المال في مشاريعك - و PCBasic يحصل عليه. PCBasic هو شركة تجميع لوحات الدوائر المطبوعة الذي يُعطي نتائج سريعة وخالية من العيوب في كل مرة. خدمات تجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور تشمل دعمًا هندسيًا متخصصًا في كل خطوة، مما يضمن أعلى جودة في كل لوحة. بصفتنا شركة رائدة الشركة المصنعة لتجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور, نقدم حلاً شاملاً يُبسط سلسلة التوريد الخاصة بك. تعاون مع فريقنا المتطور مصنع نموذج ثنائي الفينيل متعدد الكلور لتحقيق تحولات سريعة ونتائج متفوقة يمكنك الوثوق بها.

أنواع مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الألومنيوم

لا تُصمَّم لوحات الدوائر المطبوعة المصنوعة من الألومنيوم بنمط واحد. فوفقًا لعدد طبقات الدوائر ومتطلبات التطبيقات الخاصة، يمكن تصنيفها إلى أنواع مختلفة. يحقق كل نوع توازنًا بين أداء تبديد الحرارة والتكلفة وتعقيد الدوائر، مما يُلبي متطلبات التطبيقات في مختلف الصناعات.

مقارنة: لوحات FR4 القياسية مقابل لوحات الألومنيوم

لوحة الدوائر المطبوعة القياسية FR4 هي حاليًا النوع الأكثر استخدامًا، ومادتها الأساسية هي FR4 (صفائح إيبوكسي مقواة بالألياف الزجاجية). تُستخدم هذه المادة على نطاق واسع نظرًا لعدة مزايا ملحوظة:

•  تكلفة منخفضة وإمدادات وفيرة؛

•  أداء عزل جيد وقوة ميكانيكية عالية؛

•  مناسب لتصميمات PCB ذات الطبقة الواحدة والطبقة المزدوجة وحتى الطبقات المتعددة.

مع ذلك، فإن الموصلية الحرارية لألواح FR4 ضعيفة جدًا، إذ يصعب عليها تبديد الحرارة بفعالية. في الدوائر عالية القدرة، عادةً ما يلزم تركيب مشتتات حرارية إضافية، أو حفر فتحات حرارية، أو إضافة تبريد هوائي لضمان التحكم في درجة الحرارة.

لوحات الدوائر المطبوعة المصنوعة من الألومنيوم مقابل لوحات الدوائر المطبوعة القياسية FR4

تطبيقات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الألومنيوم

تُستخدم لوحات الدوائر المطبوعة المصنوعة من الألومنيوم على نطاق واسع في الصناعات التي يكون فيها التحكم في الحرارة أمرًا بالغ الأهمية:

• إضاءة LED:أضواء الشوارع، ومصابيح السيارات، وأضواء التوقف، والمصابيح السكنية، ولوحات العرض.

• السيارات:وحدة التحكم الإلكترونية، أنظمة الإشعال، وحدات التحكم في المحرك، وحدات بطارية السيارة الكهربائية.

• إلكترونيات الطاقة:العاكسات، المحولات، مصادر الطاقة، المنظمات.

• أجهزة الكمبيوتر:لوحات وحدة المعالجة المركزية، وإمدادات الطاقة، ووحدات التبريد.

• الالكترونيات الاستهلاكية:الهواتف الذكية (وحدات الكاميرا)، وأجهزة الألعاب، وأجهزة التلفزيون.

• الأجهزة الطبية:أنظمة التصوير، ومعدات التشخيص، وأنظمة المراقبة.

• الاتصالات السلكية واللاسلكية:مضخمات المحطة الأساسية، وأجهزة التردد اللاسلكي، ومعدات الجيل الخامس.

• الأتمتة الصناعية: محركات السيارات، التحكم في المصنع، أنظمة الطاقة العالية.

• الفضاء والدفاع:الطيران، الرادار، الأقمار الصناعية.

• معدات الصوت:مضخمات الطاقة، ومضخمات الصوت الأولية، وبرامج تشغيل الصوت.

الخاتمة

لم تعد لوحات الدوائر المطبوعة المصنوعة من الألومنيوم مجرد مادة للوحات الدوائر، بل أصبحت الأساس لإدارة تبديد الحرارة في المنتجات الإلكترونية الحديثة. ومع التصغير المستمر للمعدات والتحسين المستمر لكثافة الطاقة، سيستمر الطلب على لوحات الدوائر المطبوعة ذات النواة المعدنية في النمو.

بفضل تطبيقها الواسع في مجالات مثل إضاءة LED، وإلكترونيات السيارات، وإلكترونيات الطاقة، ومعدات الاتصالات، والفضاء، والأجهزة الطبية، أصبحت لوحة الدوائر المطبوعة المصنوعة من الألومنيوم مكونًا أساسيًا لا غنى عنه للعديد من المنتجات عالية الطاقة.

يمكن القول أنه مع التطور المستمر لصناعة الإلكترونيات، فإن لوحات الدوائر المعدنية مثل لوحات الدوائر المطبوعة المصنوعة من الألومنيوم ستستمر في دفع عجلة الابتكار في التصميم وإيجاد نقطة توازن أكثر مثالية بين الأداء والمتانة والتكلفة.