Aluminium-Leiterplatten gehören zu den Metallkern-Leiterplatten und zeichnen sich durch hohe Wärmeleitfähigkeit, mechanische Festigkeit und hohe Leistungsableitung aus. Im Gegensatz zu herkömmlichen Glasfaser- oder Kunststoff-Leiterplatten besteht das Substrat dieser Leiterplatten aus Aluminium, was die Wärmeableitung verbessert. Sie eignen sich daher ideal für den Einsatz in LED-Beleuchtung, Automobilelektronik und Telekommunikationsanwendungen.
Seit der Einführung energiesparender Technologien werden aluminiumbasierte Leiterplatten, wie beispielsweise Hochleistungs-LED-Geräte, auch in wärmeerzeugenden Schaltungen eingesetzt. Dieser Leitfaden befasst sich mit Aufbau, verschiedenen Typen, Funktionen, Anwendungen und der wachsenden Nachfrage nach Leiterplatten. Kommen wir nun ohne Umschweife zum Thema Aluminium-Leiterplatten.
Was ist Aluminiumplatine?
Aluminium-PCB ist eine Leiterplatte mit Aluminiumbasis, die die mechanische Festigkeit und die thermischen Eigenschaften bietet, die für Leistungsanwendungen wie LEDs und integrierte Schaltkreise erforderlich sind. Wärme ist ein kritischer Parameter, insbesondere wenn die physikalische Form des Geräts klein ist, aber die Leistung erhöht wird. Um sicherzustellen, dass das Aluminium Substrat-Leiterplatten sind lange funktionsfähig. Es sollte darauf geachtet werden, dass sie in Umgebungen mit niedriger Luftfeuchtigkeit und Temperatur gelagert werden, da Oxidation die Aluminium-Basis-Leiterplatte und die Kupfer-Schaltungsschicht zerstört.
Struktur einer Aluminium-Leiterplatte
Typischerweise bestehen Aluminium-Leiterplatten aus drei Hauptschichten:
CObere Schicht:
Die äußere Schicht besteht bekanntlich aus Kupfer, um den Fluss elektrischer Signale zu ermöglichen. Diese Schicht ist dicker als alle anderen Schichten der Leiterplatte, um höhere Ströme zu übertragen und die Wärme optimal zu verteilen. Daher auch das höhere Verhältnis. Im nächsten Schritt wird eine weitere Kupferschicht aufgebracht, die sich über der dielektrischen Schicht und unter dem Aluminiumkörper befindet.
Dielektrische Schicht:
Außerdem spielt eine Zwischenbarriere die Rolle der isolierenden Barriere aus Kupfer und Aluminium Substrat. Es dient hauptsächlich der elektrischen Isolierung und leitet Kanäle, über die die Wärme von der Kupferschicht auf die Aluminiumbasis übertragen wird. Die Materialien der dielektrischen Schicht werden mit geringer Wärmeleitfähigkeit gewählt. Gleichzeitig werden auch die elektrischen Eigenschaften des Materials berücksichtigt.
Aluminiumbasis:
Eine Aluminium-Leiterplatte hat eine Aluminium Substrat, ein wesentlicher Bestandteil einer solchen Leiterplatte. Auch dieser Teil des Designs besteht aus Metall, was der Leiterplatte mit Metallkern mechanische Festigkeit verleiht und die Wärmeableitung von elektrischen Komponenten unterstützt. Es ist besonders wertvoll für Hochleistungsanwendungen und bei Wärmeentwicklung.
Zusammen ergeben diese drei Schichten eine leichte und hitzebeständige Leiterplatte, die höhere Leistungsdichten bewältigen kann als glasfaserbasierte Leiterplatten.
Arten von Aluminium-Leiterplatten
Wie bei anderen Leiterplatten gibt es auch bei Aluminium-Leiterplatten verschiedene Typen. Die vier gängigen Typen von Aluminium-Leiterplatten sind:
Einseitige Aluminium-Leiterplatte:
Das Grundmaterial besteht hauptsächlich aus Aluminium, auf das eine einzelne Schicht leitfähiges Kupfer laminiert ist. Aluminium wird häufig bei LED-Anwendungen als Kühlkörper für Anwendungen mit hohem Leistungsbedarf eingesetzt.
Doppelseitige Aluminium-Leiterplatte:
Diese Form verfügt über zwei Kupferschichten auf beiden Seiten der dielektrischen Schicht und ermöglicht so die Bildung komplexer Schaltkreise. Die Aluminiumbasis befindet sich in der Mittelposition und sorgt für einen guten Wärmefluss in die richtige Richtung.
Mehrschichtige Aluminium-Leiterplatte:
Mehrschichtige Aluminium-Leiterplatten werden in der Fertigung für andere subtechnische Anwendungen eingesetzt. Dazu gehören Kupferschaltungen, die zwischen polydielektrischen Schaltungen und einem Aluminiumsubstrat eingebettet sind. Die Mehrschichtigkeit ermöglicht dank der einzigartigen Aluminiumbasis eine höhere Schaltungsdichte, die jeder aufgrund der thermischen Eigenschaften von Kupfer nutzen kann.
Flexible Aluminium-Leiterplatte:
Eine weitere Technologie, die sich weiterentwickelt, sind flexible Aluminiumplatinen, die gebogen oder gefaltet werden können. Sie eignen sich ideal für Anwendungen, bei denen der Platz begrenzt ist oder die Platine in spezifischen Winkeln platziert werden muss, wie beispielsweise in Automobilen und tragbaren elektronischen Geräten.
Aluminium-PCB-Materialien
Das Material ist eines der wichtigsten Elemente für die Leistung einer Aluminium-Leiterplatte. Die Qualität der verwendeten Materialien ermöglicht eine hochwertige Leistung. Hier sind die wichtigsten Materialien:
Aluminiumsubstrat:
Es befindet sich an der Unterseite der Aluminium-Leiterplatte und dient vor allem der mechanischen Unterstützung und Wärmeableitung. Aluminium wird aufgrund seiner relativ geringen Kosten gegenüber Metallen wie Kupfer bevorzugt, das leichter, aber robuster ist.
Dielektrische Schicht:
Die dielektrische Schicht befindet sich zwischen der Kupferleiterschicht und der Aluminiumbasis. Hier ist eine hohe Wärmeleitfähigkeit erforderlich, da sie die Wärme von der Kupferschicht zur Aluminiumbasis leiten soll, gleichzeitig aber keinen Kurzschluss auslösen darf.
Kupferleiterschicht:
Diese Schicht sendet elektrische Impulse über die gesamte Platine oder führt horizontal Impulse aus. Sie kann so dünn wie mehrere Moleküle sein, und die Schichtdicke kann je nach Anwendungszweck variieren. Bei hohen Leistungen sind Kupferschaltungsschichten schwerer, um den Laststrom und die Wärmeentwicklung zu bewältigen.
Leistung von Aluminium-Leiterplatten
Die Leistung von Aluminium-Leiterplatten hängt von ihren Wärmemanagement-Eigenschaften ab, auf deren Grundlage ihre Leistung bewertet wird. Bei Hochleistungsanwendungen stellt Wärme ein Problem für elektrische Bauteile und Schaltkreise dar. Sie erhöht deren Degradation, führt zu Leistungseinbußen des gesamten Systems oder im schlimmsten Fall zu einem Totalausfall. Aluminium-Leiterplatten werden typischerweise für diese Probleme eingesetzt, da sie mehr Wärme absorbieren als Glasfaser-Leiterplatten.
Darüber hinaus weisen Aluminium-Leiterplatten eine deutlich bessere mechanische Leistung auf, was die physikalische Leistung und die Umgebung der Leiterplatte verbessern kann. Dies ist beispielsweise in der Automobilelektronik hilfreich, da diese anfällig für Vibrationen und Temperaturschwankungen ist.
Aus elektrischer Sicht verfügen wir über eine leitende Kupferschicht, die die Signalübertragung ermöglicht, und eine dielektrische Schicht, die Kurzschlüsse verhindert. Insgesamt ist eine Aluminium-Leiterplatte ein hervorragender thermoelektrischer Verbundwerkstoff mit starker Mechanik, die eine hohe Belastbarkeit ermöglicht.
Vor- und Nachteile von Aluminium-Leiterplatten
Vorteile:
Überlegene Wärmeableitung:
Aluminium-Leiterplatten können aufgrund ihres großen Vorteils, der enormen Wärmeableitung, effektiv eingesetzt werden. Dies macht sie für Anwendungen nützlich, bei denen die Wärmeableitung entscheidend ist, wie beispielsweise LED-Beleuchtung und Leistungselektronik.
Mechanische Stabilität:
Aluminium-Leiterplatten sind im Übrigen deutlich wartungsfreundlicher als Glasfaserplatten. Die Basis besteht aus Aluminium, das die Metallkernplatte verstärkt und sie dadurch weniger anfällig für Vibrationen, Stöße und Temperaturschwankungen macht.
Leichtes Design:
Aluminium-Leiterplatten sind relativ leichter als andere Leiterplatten-Basislösungen aus Metall, obwohl sie ebenfalls aus Metall bestehen. Dadurch eignen sie sich für Anwendungen, bei denen ein Gleichgewicht zwischen Kühlkörper und Gesamtmasse eines Systems erforderlich ist.
Umweltfreundlich:
Die Möglichkeit der Wiederverwendung ist ein weiteres Merkmal von Aluminium-Leiterplatten, wodurch Aluminium-Leiterplatten umweltfreundlicher sind als alle anderen Typen.
Nachteile:
Höhere Herstellungskosten:
Aluminium-Leiterplatten sind aufgrund der verwendeten Materialien und Techniken teurer als die üblichen Glasfaserplatten.
Begrenzte Designflexibilität:
Aluminium-Leiterplatten bieten eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit und mechanische Festigkeit, ihr Design ist jedoch Standard-Leiterplatten unterlegen, insbesondere bei dicken Schaltkreisen und Mehrschichtplatinen.
Herstellungsschwierigkeiten von Aluminium-Leiterplatten
Die Herstellung von Aluminium-Leiterplatten stellt folgende Herausforderungen dar: Aluminium-Leiterplatten weisen eine andere Struktur und andere Materialien auf. Zu diesen Hindernissen zählen der Zugang zu Spezialgeräten und anspruchsvolle Qualitätskontrolltests, die sich auf Kosten und Produktivität auswirken.
Spezialisierte Ausrüstung:
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass Aluminium sehr abrasiv ist und einen hohen Druck auf die Bohr- und Schneidwerkzeuge erfordert, was die Produktionskosten der Leiterplatten in die Höhe treibt.
Gleichmäßigkeit der dielektrischen Schicht:
Die dielektrischen Schichten sollten außerdem gleichmäßig sein, sodass es nicht zu lokaler Erwärmung kommt, und die Materialeigenschaften sollten günstige elektrische und thermische Eigenschaften aufweisen.
Laminierungsprozess:
Dies ist eine Herausforderung, wenn ein guter Kontakt zwischen mehreren Schichten sichergestellt werden soll, was zu einer geringen mechanischen Festigkeit der Platine und einem schlechten Wärmemanagement führen kann.
Komplexe Qualitätsprüfungen:
Der Qualitätskontrollalgorithmus für Aluminium-Leiterplatten ist aufgrund der Prüfprozesse für elektrische und thermische Belastung kompliziert.
Anwendungen dieser Metallkern-Leiterplatte (Aluminium-Leiterplatte)
Leiterplatten mit Aluminiumkern werden aufgrund ihrer hervorragenden Wärmeübertragung und mechanischen Festigkeit in verschiedenen Technologien eingesetzt. Aufgrund ihrer Eigenschaften eignen sie sich für Anwendungen, bei denen die Wärmeableitung besonders wichtig ist.
LED-Beleuchtung:
Aluminium-Leiterplatten werden in LED-Beleuchtungsschaltungen verwendet und ermöglichen der LED-Platine vielfältige Konfigurationsmöglichkeiten. LEDs sind dafür bekannt, viel Wärme zu erzeugen. Aluminium-Leiterplatten unterstützen die Wärmeableitung und können so die Lebensdauer der Leuchten verlängern.
Automobilelektronik:
Aluminiumbasierte Leiterplatten werden in der Automobilelektronik eingesetzt, beispielsweise in Scheinwerfern, Bremsleuchten und Motormanagementsystemen. Aufgrund ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit und mechanischen Festigkeit werden Aluminium-Leiterplattensubstrate häufig in Automobilanwendungen eingesetzt.
Netzteile:
Aluminium-Leiterplatten werden auch in Schaltkreisen eingesetzt, die der Stromversorgung dienen, wo Hochstromkomponenten wie Transformatoren und Induktoren Wärme erzeugen.
Telekommunikation:
Im Telekommunikationssektor werden Aluminium-Leiterplatten in Geräten wie Hochfrequenzverstärkern eingesetzt, bei denen das System während des Betriebs viel Wärme erzeugt.
Industrielle Ausrüstung:
Zu den Anwendungsbereichen von Aluminium-Leiterplatten gehören industrielle Steuerungssysteme, Motorsteuerungen und Wechselrichter.
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Fazit
Aluminiumbasierte Leiterplatten sind relativ neu auf dem Elektronikmarkt und verfügen über verbesserte thermische, mechanische und elektrische Eigenschaften. In der gesamten Beleuchtungselektronik, einschließlich LED-Systemen und Automobilelektronik, der Telekommunikation und verschiedenen anderen Hochleistungsanwendungen, kann eine Aluminium-Leiterplatte eine wertvolle Ergänzung für Ihre Produkte sein.
In Anwendungen von LED-Beleuchtung über Industrieanlagen bis hin zur Automobilindustrie erfüllen diese Metallkern-Leiterplatten die Anforderungen an Wärmeentwicklung und Zuverlässigkeit. Wenn Sie Aluminium-Leiterplatten für Ihre Produkte benötigen, wenden Sie sich an eine Firma wie PCBasic.
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