บทนำอย่างครอบคลุมเกี่ยวกับแผ่นวงจรพิมพ์อะลูมิเนียม

แผ่นวงจรพิมพ์อะลูมิเนียม (Aluminum PCB) มีคุณสมบัติด้านประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม ความสามารถในการกระจายความร้อน การป้องกันสัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า ความเป็นฉนวนไฟฟ้าสูง และความทนทานต่อการดัดงอ จึงถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมมากมาย เช่น ไฟส่องสว่าง LED กำลังสูง พลังงาน แหล่งกำเนิดแสงแบ็คไลท์ของโทรทัศน์ ยานยนต์ คอมพิวเตอร์ โมดูลอินเวอร์เตอร์ของเครื่องปรับอากาศ อิเล็กทรอนิกส์การบินและอวกาศ โทรคมนาคม การแพทย์ เครื่องเสียง เป็นต้น แม้กระทั่งในกล้องโทรศัพท์มือถือซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย แผ่นวงจรพิมพ์อะลูมิเนียมก็เป็นส่วนสำคัญของโทรศัพท์มือถือ ในฐานะที่เป็นหนึ่งในประเภทของแผ่นวงจรพิมพ์แกนโลหะ (MCPCB) แผ่นวงจรพิมพ์อะลูมิเนียมมีความคล้ายคลึงกับแผ่นวงจรพิมพ์ FR4 อยู่มากในด้านกระบวนการหรือเทคนิคการผลิต เช่น การกัดลายฟอยล์ทองแดงหนา การปกป้องพื้นผิวอะลูมิเนียมระหว่างการกัดลาย การผลิตแผ่นอะลูมิเนียม และหน้ากากบัดกรีการพิมพ์ เป็นต้น

พัฒนาในช่วงทศวรรษ 1970 แผ่นวงจรพิมพ์อะลูมิเนียม (Aluminum PCB) เริ่มแพร่หลายตั้งแต่การนำไปใช้ครั้งแรกในไอซีไฮบริดขยายกำลัง (Integrated Circuits) ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการใช้งานและแนวโน้มการพัฒนาแผ่นวงจรพิมพ์อะลูมิเนียมอย่างกว้างขวางมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งจากแรงขับเคลื่อนของอุตสาหกรรม LED ดังนั้น การทำความเข้าใจคุณลักษณะที่สำคัญบางประการของแผ่นวงจรพิมพ์อะลูมิเนียมจึงเป็นสิ่งจำเป็น เพื่อให้สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้ดียิ่งขึ้นในผลิตภัณฑ์หรืออุตสาหกรรมของคุณ

คุณสมบัติของแผงวงจรพิมพ์อะลูมิเนียม

• โครงสร้างแผงวงจรพิมพ์อะลูมิเนียม

เมื่อพูดถึงโครงสร้างแผงวงจรพิมพ์อะลูมิเนียม จะหมายถึงโครงสร้างของอะลูมิเนียมอย่างแท้จริงแผ่นลามิเนตเคลือบทองแดง (CCL)ประกอบด้วยแผ่นฟอยล์ทองแดง ชั้นฉนวนไฟฟ้า ฐานอะลูมิเนียม และแผ่นเมมเบรนฐานอะลูมิเนียม (เลือกใช้ได้) โครงสร้างของแผ่นฐานทองแดงเคลือบอะลูมิเนียม (Aluminum CCL) แสดงดังต่อไปนี้

1. ชั้นฟอยล์ทองแดง

แผ่นวงจรพิมพ์ฐานอะลูมิเนียม (Aluminum CCL) มีชั้นฟอยล์ทองแดงเช่นเดียวกับแผ่นวงจรพิมพ์ทั่วไป และชั้นวงจรต้องการความสามารถในการรองรับกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ จึงเลือกใช้ลายทองแดงที่ค่อนข้างหนา โดยมีความหนาตั้งแต่ 1oz ถึง 10oz ด้านหลังของฟอยล์ทองแดงต้องผ่านกระบวนการออกซิเดชันทางเคมี ในขณะที่ด้านผิวหน้าต้องผ่านการชุบสังกะสีและชุบทองเหลืองเพื่อเพิ่มความแข็งแรงในการลอก剥ออก

2. ชั้นไดอิเล็กทริก

ชั้นไดอิเล็กทริกประกอบด้วยชั้นของวัสดุไดอิเล็กทริกที่มีการนำความร้อนสูงและมีความต้านทานความร้อนต่ำ ซึ่งมีความหนาตั้งแต่ 50μm ถึง 200μm และเป็นเทคโนโลยีหลักของแผ่นวงจรพิมพ์อลูมิเนียม (aluminum CCL) โดยมีสมรรถนะยอดเยี่ยมในการต้านทานการเสื่อมสภาพจากความร้อน และสามารถทนต่อความเค้นทางกลและความเค้นทางความร้อนได้

3. ชั้นฐานอะลูมิเนียม

ชั้นฐานอะลูมิเนียมคือวัสดุแผ่นรองอะลูมิเนียมซึ่งเป็นส่วนประกอบรองรับของชั้นฐานอะลูมิเนียม โดยจำเป็นต้องมีการนำความร้อนสูงและเหมาะสำหรับกระบวนการผลิตเชิงกลทั่วไป เช่น การเจาะ การปั๊ม และการตัด

4. เมมเบรนฐานอะลูมิเนียม

แผ่นฟิล์มฐานอะลูมิเนียมมีบทบาทในการปกป้องพื้นผิวอะลูมิเนียมจากการขีดข่วนและการกัดกร่อนจากสารเคมี ฟิล์มสามารถแบ่งออกได้เป็นแบบธรรมดา (ต่ำกว่า 120°C) และแบบทนความร้อนสูง (250°C) ชนิดหลังสามารถตอบสนองความต้องการของกระบวนการ HASL (การปรับระดับบัดกรีด้วยลมร้อน)ผิวสำเร็จ.

• ประสิทธิภาพของแผงวงจรพิมพ์อะลูมิเนียม

1. การกระจายความร้อน

เมื่อเทียบกับแผงวงจรพิมพ์ FR4 ทั่วไปแล้ว แผงวงจรพิมพ์อะลูมิเนียมมีประสิทธิภาพดีกว่าในด้านการกระจายความร้อน และสามารถระบายความร้อนได้อย่างรวดเร็ว ยกตัวอย่างการเปรียบเทียบระหว่างแผงวงจรพิมพ์ FR4 และแผงวงจรพิมพ์อะลูมิเนียมที่มีความหนาเท่ากันที่ 1.5 มม. ค่าความต้านทานความร้อนของแผงวงจรพิมพ์ FR4 อยู่ในช่วง 20°C/W ถึง 22°C/W ในขณะที่ของแผงวงจรพิมพ์อะลูมิเนียมอยู่ในช่วง 1°C/W ถึง 2°C/W ดังนั้นอะลูมิเนียมจึงสามารถทำงานได้ดีในด้านการกระจายความร้อน

2. การขยายตัวทางความร้อน

การขยายตัวและหดตัวจากความร้อนเป็นคุณสมบัติทั่วไปของสสาร และสสารแต่ละชนิดมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวจากความร้อนที่แตกต่างกัน เนื่องจากแผงวงจรพิมพ์อะลูมิเนียม (Aluminum PCB) มีประสิทธิภาพยอดเยี่ยมด้านการกระจายความร้อน ปัญหาการขยายตัวและหดตัวจากความร้อนของชิ้นส่วนบนผิวบอร์ดจึงสามารถลดลงได้อย่างมาก ส่งผลให้ความทนทานและความน่าเชื่อถือของเครื่องใช้ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์โดยรวมดีขึ้น ข้อดีนี้ของแผงวงจรพิมพ์อะลูมิเนียมมีประสิทธิผลเป็นพิเศษต่อการแก้ปัญหาการขยายตัวและหดตัวจากความร้อนในเทคโนโลยีการติดตั้งแบบผิวหน้า (SMT: surface mount technology)

3. ความคงตัวมิติ

แผงวงจรพิมพ์ที่ใช้อลูมิเนียมมีขนาดที่เสถียรอย่างเห็นได้ชัด เมื่อถูกให้ความร้อนจาก 30°C ไปถึง 140°C หรือ 150°C ขนาดของมันจะเปลี่ยนไปเพียง 2.5% ถึง 3.0% เท่านั้น

4. การแสดงอื่น ๆ
a. ใช้ได้กับการติดตั้งอุปกรณ์กำลังแบบ SMT
b. มีประสิทธิภาพในการขยายตัวทางความร้อนของการออกแบบวงจร
c. ช่วยลดอุณหภูมิการทำงาน ปรับปรุงความหนาแน่นกำลังและความเชื่อถือได้ของผลิตภัณฑ์ และยืดอายุการเก็บรักษาของผลิตภัณฑ์
d. ลดขนาดปริมาตรของผลิตภัณฑ์และลดต้นทุนฮาร์ดแวร์และการประกอบ
e. การแทนที่ฐานเซรามิกที่เปราะบางด้วยฐานที่มีคุณสมบัติเป็นฉนวนและความทนทานทางกลที่ดีกว่า

การจำแนกประเภทแผงวงจรพิมพ์อะลูมิเนียม

ตามประเภทของการใช้งานและวัสดุของชั้นไดอิเล็กทริก แผงวงจรพิมพ์อะลูมิเนียมสามารถแบ่งออกได้เป็นสามประเภท:
• แผ่นวงจรพิมพ์อะลูมิเนียมแบบสากล - ชั้นไดอิเล็กทริกประกอบด้วยพรีเพรกไฟเบอร์กลาสอีพ็อกซี่
• แผงวงจรพิมพ์อะลูมิเนียมที่มีการนำความร้อนสูง - ชั้นไดอิเล็กทริกประกอบด้วยเรซินอีพ็อกซี่หรือเรซินชนิดอื่นที่มีความสามารถในการนำความร้อนสูง
• แผ่นวงจรพิมพ์อะลูมิเนียมความถี่สูงและไมโครเวฟ - ชั้นไดอิเล็กทริกประกอบด้วยเรซินโพลีโอเลฟินหรือพรีเพรกเส้นใยแก้วเรซินโพลิอิไมด์

ความยากลำบากในการผลิตแผงวงจรพิมพ์อะลูมิเนียมและแนวทางแก้ไข

ไม่ว่าจะเป็นแผ่นวงจรพิมพ์อะลูมิเนียมแบบชั้นเดียว แบบสองชั้น หรือหลายชั้น หรือ MCPCB พวกมันล้วนมีความคล้ายคลึงกันอย่างมากในด้านกระบวนการผลิตเมื่อเทียบกับแผ่นวงจรพิมพ์ FR4 อย่างไรก็ตาม แผ่นวงจรพิมพ์อะลูมิเนียมในฐานะที่เป็นแผ่นวงจรพิมพ์ขั้นสูงประเภทหนึ่ง ยังคงมีลักษณะเฉพาะในกระบวนการผลิตที่ต้องการการจัดการและการควบคุมที่เข้มงวดและมีประสิทธิภาพ

• การกัดกรดฟอยล์ทองแดงหนา

แผ่นวงจรพิมพ์อะลูมิเนียมมักถูกนำไปใช้ในอุปกรณ์กำลังที่มีความหนาแน่นกำลังไฟฟ้าสูง ดังนั้นฟอยล์ทองแดงจึงมีความหนาค่อนข้างมาก เมื่อฟอยล์ทองแดงมีความหนา 3oz ขึ้นไป การกัดฟอยล์ทองแดงจำเป็นต้องมีการชดเชยความกว้างลายวงจร มิฉะนั้นความกว้างลายวงจรจะเกินค่าความคลาดเคลื่อนหลังการกัด ดังนั้น เพื่อให้มั่นใจได้ว่าความกว้าง/ระยะห่างลายวงจรและการควบคุมอิมพีแดนซ์เป็นไปอย่างเหมาะสมและสามารถตอบสนองความต้องการของการออกแบบได้ งานต่อไปนี้จำเป็นต้องดำเนินการให้เสร็จล่วงหน้า
a. ควรออกแบบการชดเชยความกว้างลายวงจรให้เหมาะสม
b. ควรขจัดผลกระทบของกระบวนการผลิตลายวงจรที่มีต่อความกว้าง/ระยะห่างของลายวงจร
c. ควรควบคุมปัจจัยการกัดกรดและพารามิเตอร์ของสารกัดกรดอย่างเข้มงวด

• การพิมพ์มาส์กประสาน

การพิมพ์ซิลค์หน้ากากบัดกรีถือเป็นความยากในการผลิตแผ่นวงจรพิมพ์อะลูมิเนียม เนื่องจากผลกระทบจากฟอยล์ทองแดงที่มีความหนา หากความหนาของลายทองแดงมีค่ามากผิดปกติหลังจากการกัดลายภาพถ่าย จะทำให้เกิดความแตกต่างอย่างมากระหว่างผิวหน้าลายทองแดงกับแผ่นฐาน และทำให้การเคลือบหน้ากากบัดกรียากขึ้น เพื่อให้มั่นใจว่าการพิมพ์หน้ากากบัดกรีเป็นไปอย่างราบรื่น ควรปฏิบัติตามหลักการต่อไปนี้:
a. ควรเลือกใช้น้ำมันมาสก์บัดกรีที่มีประสิทธิภาพคุณภาพสูง
b. ใช้การพิมพ์ซอลเดอร์มาสก์สองครั้ง
c. เมื่อจำเป็น จะใช้วิธีการผลิตที่ทำการเติมเรซินก่อนแล้วจึงเคลือบซอลเดอร์มาสก์ภายหลัง

• การผลิตเชิงกล

การผลิตแผงวงจรพิมพ์อะลูมิเนียมด้วยวิธีเชิงกลประกอบด้วยการเจาะ การกัดและการขึ้นรูป และการกรีดร่องตัววี ซึ่งมักทำให้เกิดครีบโลหะที่ผิวด้านในของรูผ่าน ส่งผลให้ความทนทานต่อแรงดันไฟฟ้าลดลง ดังนั้น เพื่อให้มั่นใจถึงคุณภาพสูงในการผลิตเชิงกล ควรยึดหลักการต่อไปนี้:
a. ควรเลือกใช้เครื่องกัดไฟฟ้าและดอกกัดแบบมืออาชีพสำหรับการผลิตปริมาณน้อย
ข. ควรให้ความสำคัญกับเทคนิคและรูปแบบการควบคุมในกระบวนการขึ้นรูปแม่พิมพ์
c. ควรปรับพารามิเตอร์การเจาะให้เหมาะสมบนแผ่น PCB อะลูมิเนียมทองแดงหนาเพื่อป้องกันการเกิดครีบ

ขอใบเสนอราคาสำหรับแผงวงจรพิมพ์อะลูมิเนียมและ MCPCB จาก PCBCart

PCBCart จัดหาแผงวงจรพิมพ์ (PCB) แบบกำหนดเองคุณภาพสูงที่ใช้ฐานอะลูมิเนียมและแผงวงจรพิมพ์แบบแกนโลหะ (Metal Core PCB) ในราคาที่แข่งขันได้ เพื่อตอบสนองความต้องการที่หลากหลายของคุณ เราครอบคลุมบริการหลากหลายประเภทตั้งแต่การผลิตต้นแบบ ปริมาณน้อย ไปจนถึงการผลิตปริมาณมากติดต่อเราเพื่อขอใบเสนอราคาสำหรับแผ่นวงจรพิมพ์อะลูมิเนียม (Aluminum PCB) และแผ่นวงจรพิมพ์เมทัลคอร์ (MCPCB)

เริ่มต้นขอใบเสนอราคาสำหรับแผงวงจรพิมพ์อะลูมิเนียมและ MCPCB

คุณอาจสนใจ:
•แผ่นวงจรพิมพ์รองหลังอะลูมิเนียมคือทางออกสำหรับงานกำลังสูงและงานที่ต้องการความเผื่อแน่นหนา
•บริการผลิตแผงวงจรพิมพ์อะลูมิเนียมจากจีน - ราคาสมเหตุสมผลโดยไม่กำหนดปริมาณสั่งซื้อขั้นต่ำ
•บริการประกอบแผงวงจรพิมพ์อะลูมิเนียมขั้นสูง เริ่มต้นจาก 1 ชิ้น