Las PCB de aluminio, al ser una de las PCB con núcleo metálico, presentan alta conductividad térmica, resistencia mecánica y disipación de potencia. A diferencia de las PCB convencionales de fibra de vidrio o plástico, su sustrato es aluminio, responsable de la disipación de calor. Por lo tanto, son ideales para su uso en iluminación LED, electrónica automotriz y aplicaciones de telecomunicaciones.
Desde la implementación de tecnologías de ahorro energético, las PCB de aluminio, como los dispositivos LED de alta potencia, también se han utilizado en circuitos que generan mucho calor. Esta guía analiza su construcción, los diferentes tipos, características, aplicaciones y la creciente demanda de PCB. Ahora, sin más preámbulos, pasemos directamente a comprender las PCB de aluminio.
¿Qué es PCB de aluminio?
La PCB de aluminio es una placa de circuito impreso con una base de aluminio que proporciona la resistencia mecánica y las propiedades térmicas necesarias para aplicaciones de potencia como LED y circuitos integrados. El calor es un parámetro crítico, especialmente cuando el tamaño del dispositivo es pequeño, pero la potencia es mayor. Para garantizar el aluminio... Las PCB de sustrato son funcionales durante mucho tiempo, se debe asegurarse de almacenarlas en entornos con baja humedad y temperatura porque la oxidación es destructiva para la PCB de base de aluminio y la capa de circuito de cobre.
Estructura de PCB de aluminio
Normalmente, las PCB de aluminio constan de tres capas principales:
CCapa superior:
La capa exterior, como todos sabemos, está hecha de cobre para permitir el flujo de señales eléctricas. Esta capa es más gruesa que cualquier otra capa de la PCB con el fin de transportar mayor corriente y distribuir adecuadamente el calor, de ahí la mayor relación. El siguiente paso es colocar otra capa de cobre, ubicada encima de la capa dieléctrica y debajo del cuerpo de aluminio.
Capa dieléctrica:
Además, una barrera intermedia desempeña el papel de barrera aislante del cobre y del aluminio. Sustrato. Ofrece principalmente una función de aislamiento eléctrico y canales de conducción donde el calor de la capa de cobre se transfiere a la base de aluminio. Los materiales de la capa dieléctrica se seleccionan con baja conductividad térmica. Al mismo tiempo, se cuidan las características eléctricas del material.
Base de aluminio:
Una PCB de aluminio tiene un aluminio Sustrato, un componente esencial de este tipo de PCB. Esta parte del diseño también es metálica, lo que proporciona resistencia mecánica a la PCB con núcleo metálico y ayuda a disipar el calor de los componentes eléctricos. Es especialmente útil para aplicaciones de alta potencia y donde se genera calor.
De esta forma, estas tres capas combinadas crean una PCB ligera y resistente al calor, capaz de soportar mayores densidades de potencia que la PCB basada en fibra de vidrio.
Tipos de PCB de aluminio
Al igual que otras placas de circuito impreso (PCB), las de aluminio también se presentan en diferentes tipos. Los cuatro tipos más comunes de PCB de aluminio son:
PCB de aluminio de una sola cara:
El aluminio es el componente principal, con una sola capa de cobre conductor laminado en la parte superior. El aluminio se usa ampliamente en aplicaciones LED para disipar el calor en aplicaciones con alta demanda de potencia.
PCB de aluminio de doble cara:
Esta forma tiene dos capas de cobre a ambos lados de la capa dieléctrica, lo que permite la formación de circuitos complejos. Su base de aluminio se encuentra en la posición intermedia, lo que permite un buen flujo de calor en la dirección correcta.
PCB de aluminio multicapa:
Las PCB de aluminio multicapa se utilizan en la fabricación para otras aplicaciones subtécnicas. Estas incluyen un conjunto de circuitos de cobre intercalados entre circuitos polidieléctricos y un sustrato de aluminio. Las múltiples capas permiten una mayor densidad de circuitos gracias a la base de aluminio única, que todos pueden usar gracias a las propiedades térmicas del cobre.
PCB de aluminio flexible:
La otra tecnología en desarrollo son las placas de circuito impreso de aluminio flexibles, que se pueden doblar o plegar. Son ideales para aplicaciones donde el espacio es un factor limitado o donde la placa debe colocarse en ángulos específicos y únicos, como en automóviles y dispositivos electrónicos portátiles.
Materiales de PCB de aluminio
El material es uno de los elementos más importantes para el rendimiento de una PCB de aluminio. La calidad de los materiales utilizados en su construcción garantiza un rendimiento de alta calidad y alta gama. Estos son los materiales esenciales:
Sustrato de aluminio:
Se ubica en la parte inferior de la placa de circuito impreso (PCB) de aluminio y su función principal es proporcionar soporte mecánico y disipar el calor. Se prefiere el aluminio por su costo relativamente menor que el de metales como el cobre, que es más ligero pero más robusto.
Capa dieléctrica:
La capa dieléctrica se encuentra entre la capa de cobre del circuito y la base de aluminio. Se requiere una alta conductividad térmica, ya que debe conducir el calor desde la capa de cobre hasta la base de aluminio, sin provocar un cortocircuito.
Capa de circuito de cobre:
Esta capa envía impulsos eléctricos a través de la placa o los ejecuta horizontalmente. Su grosor puede variar según la aplicación específica. A niveles de potencia altos, las capas de cobre del circuito son más pesadas para soportar la corriente de carga y la generación de calor.
Rendimiento de las PCB de aluminio
El rendimiento de las PCB de aluminio depende de sus características de gestión térmica, las cuales se utilizan para evaluar su rendimiento. En aplicaciones de alta potencia, el calor representa un problema para los componentes y circuitos eléctricos. Aumenta su tasa de degradación, reduce el rendimiento de todo el sistema o, en el peor de los casos, provoca su fallo total. Estos problemas suelen solucionarse en las PCB de aluminio, ya que absorben más calor que las de fibra de vidrio.
Además, las placas de circuito impreso de aluminio ofrecen un rendimiento mecánico mucho mejor, lo que mejora el rendimiento físico y el entorno del circuito impreso. Resulta útil en casos como la electrónica automotriz, ya que es susceptible a vibraciones y cambios de temperatura.
Desde un punto de vista eléctrico, contamos con una capa conductora de cobre que permite la transferencia de señales y una capa dieléctrica que previene cortocircuitos. En general, la PCB de aluminio es un excelente compuesto termoeléctrico con una mecánica robusta que le permite una alta resistencia.
Ventajas y desventajas de las PCB de aluminio
Ventajas:
Disipación de calor superior:
Las PCB de aluminio se pueden utilizar eficazmente gracias a su gran capacidad de disipación térmica. Esto las hace útiles en aplicaciones donde la disipación de calor es crucial, como la iluminación LED y la electrónica de potencia.
Estabilidad mecánica:
Las placas de circuito impreso (PCB) de aluminio, por cierto, son considerablemente más prácticas que las de fibra de vidrio. La base está hecha de aluminio, lo que refuerza la placa con núcleo metálico, haciéndola menos susceptible a vibraciones, impactos y fluctuaciones de temperatura.
Diseño ligero:
Las PCB de aluminio son relativamente más ligeras que otras soluciones de base metálica, aunque también están hechas de metal. Esto las hace ideales para aplicaciones que requieren un equilibrio entre el disipador de calor y la masa total del sistema.
Ecológico:
La posibilidad de reutilización es otra característica de los PCB de aluminio, lo que los hace más ecológicos que cualquier otro tipo.
Desventajas:
Mayores costos de fabricación:
Las PCB de aluminio son más costosas que las placas de fibra de vidrio comunes debido a los materiales y técnicas utilizados.
Flexibilidad de diseño limitada:
Las PCB de aluminio ofrecen una excelente conductividad térmica y resistencia mecánica, pero su diseño es inferior al de las PCB estándar, especialmente en circuitos gruesos y placas multicapa.
Dificultades en la fabricación de PCB de aluminio
Los desafíos asociados con la producción de PCB de aluminio son los siguientes: Las PCB de aluminio tienen una estructura y materiales diferentes. Estas barreras incluyen la accesibilidad a equipos especializados y sofisticadas pruebas de control de calidad, lo que afecta los costos y la productividad.
Equipo Especializado:
Otra desventaja es que el aluminio es muy abrasivo y requiere mucha presión en las herramientas de perforación y corte, lo que hace que el costo de producción de los PCB sea elevado.
Uniformidad de la capa dieléctrica:
Las capas dieléctricas también deben ser uniformes, para que no haya calentamiento local, y las propiedades del material deben poseer propiedades eléctricas y térmicas favorables.
Proceso de laminación:
Esto supone un reto cuando se quiere garantizar un buen contacto entre varias capas, lo que puede provocar una baja resistencia mecánica del tablero y una mala gestión térmica.
Pruebas de calidad complejas:
El algoritmo de control de calidad involucrado en las placas de circuitos impresos de aluminio es complicado debido a su proceso de prueba de carga eléctrica y térmica.
Aplicaciones de esta PCB con núcleo metálico (PCB de aluminio)
Las PCB con núcleo de aluminio se utilizan ampliamente en diversas tecnologías gracias a su excelente transferencia de calor y resistencia mecánica. Son ideales para aplicaciones donde la disipación de calor es fundamental gracias a sus propiedades.
Iluminación LED:
Las PCB de aluminio se utilizan en circuitos de iluminación LED, lo que proporciona a la placa una gran variedad de opciones de configuración. Se sabe que los LED generan mucho calor. Si bien las PCB de aluminio contribuyen a la disipación, pueden prolongar la vida útil de las luces.
Electrónica automotriz:
Las PCB a base de aluminio se utilizan en aplicaciones electrónicas para automóviles, como conjuntos de faros, conjuntos de luces de freno y sistemas de gestión del motor. Gracias a su alta conductividad térmica y resistencia mecánica, los sustratos de PCB de aluminio se utilizan ampliamente en aplicaciones automotrices.
Fuentes de alimentación:
Las PCB de aluminio también se utilizan en circuitos que involucran suministro de energía, donde los componentes de alta corriente, como transformadores e inductores, producen el calor.
Telecomunicaciones:
En el sector de las telecomunicaciones, los PCB de aluminio se emplean en equipos como amplificadores de alta frecuencia, donde el sistema produce mucho calor durante el trabajo.
Equipo industrial:
Las áreas de aplicación de la PCB de aluminio incluyen sistemas de control industrial, controladores de motores e inversores de potencia.
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Conclusión
Las PCB de aluminio son relativamente nuevas en el mercado de la electrónica y presentan características térmicas, mecánicas y eléctricas mejoradas. En la electrónica, en áreas como la iluminación, incluyendo sistemas LED y electrónica automotriz, telecomunicaciones y otras aplicaciones de alta potencia, una PCB de aluminio puede ser una valiosa incorporación a sus productos.
En aplicaciones que van desde la iluminación LED hasta equipos industriales y automotrices, estas PCB con núcleo metálico resuelven los problemas de temperatura y los requisitos de confiabilidad de los equipos. Si necesita PCB de aluminio para sus productos, puede contactar con una empresa como PCBasic.
