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Los PCB de aluminio son placas de circuito impreso que contienen un material conductor. El desarrollo de los PCB de aluminio se remonta a la década de 1970. Tras su desarrollo, se produjo un aumento espectacular de su demanda. Se aplicaron por primera vez en circuitos híbridos de amplificación. En la actualidad, se utilizan a mayor escala. Es muy importante que tengamos algunos conocimientos sobre los PCB de aluminio, y el papel que desempeñan en nuestra comunidad.
Todos los diseños de placas de circuito impreso flexibles e inflexibles son diferentes. Suelen personalizarse para ayudar a cumplir el propósito de la placa. Lo mismo ocurre con el material base de la placa de circuito impreso. Un material base muy conocido es la fibra de vidrio. Sin embargo, los PCB de aluminio son muy útiles en diferentes aplicaciones. El PCB de aluminio tiene una excelente conductividad térmica y aislamiento eléctrico, es de base metálica y ofrece un gran rendimiento.
¿Cómo se fabrican los PCB de aluminio?
Los PCB de aluminio están formados por juntas de base metálica, que están cubiertas por capas de circuito. Además, se componen de placas de aleación, que combinan siluminio, aluminio y magnesio. Los PCB de aluminio ofrecen un gran rendimiento de mecanizado, un alto aislamiento eléctrico y un gran potencial térmico. Además, son diferentes en muchos aspectos importantes en comparación con otras placas de circuito impreso.
Capas de aislamiento térmico
Estas capas son módulos muy importantes de una placa de circuito impreso. Se compone de un polímero cerámico, conocido por poseer propiedades viscoelásticas, gran resistencia térmica y también defiende la placa impresa contra cualquier tensión térmica y mecánica.
Capa base
La base está formada por un sustrato de aleación de aluminio. La utilización de aluminio garantiza que esta placa de circuito impreso sea una gran opción para la tecnología de agujero pasante.
Capa de circuito
La capa del circuito está formada por una lámina de cobre. La mayoría de las veces, los fabricantes de PCB utilizan láminas de cobre de entre 1 y 10 onzas. La capa de aislamiento dieléctrico absorbe el calor. Esto ocurre cuando la corriente pasa por los circuitos. Después, se transfiere a la capa de aluminio para que el calor se disperse.
Las placas de circuito impreso con una resistencia térmica mejorada alargarán la vida útil de su producto terminado. Los fabricantes altamente cualificados le ofrecerán fiabilidad de las piezas, protección superior y mitigación del calor.
¿Por qué utilizamos aluminio en los circuitos impresos?
El uso de aluminio en placas de circuitos es necesario porque el aluminio hace un gran trabajo en la transferencia de calor de componentes importantes. Por lo tanto, reduce el daño que podría haber llegado a la placa de circuito.
Otra razón por la que se utiliza el aluminio es porque tiene una mayor durabilidad. Con el aluminio, se obtiene la durabilidad y la fuerza para su producto, que carece de fibra de vidrio o bases de cerámica.
La evolución de las placas de circuito impreso
Las placas de circuito impreso son similares a los sistemas eléctricos, que se introdujeron en la década de 1850. Por aquel entonces, varillas o tiras metálicas conectaban enormes componentes eléctricos que se instalaban sobre bases hechas de madera. Con el tiempo, los cables que se conectaban a terminales de tornillo ocuparon el lugar de los chasis metálicos y las tiras de metal, que se utilizaron en lugar de las bases de madera.
Aunque estos avances tecnológicos eran significativos, los sistemas parecían demasiado grandes para satisfacer la creciente necesidad de diseños más compactos y pequeños, que demandaban los productos que utilizaban las placas de circuitos.
Ante esta demanda, el estadounidense Charles Ducas se inspiró y decidió crear una plantilla con enlaces conductores, que pudiera imprimir directamente las trayectorias eléctricas en superficies aisladas. En 1925, presentó una patente relativa a todo el proceso, que dio lugar a las dos frases “circuito impreso” y “cableado impreso”.
En 1943, se desarrolló y patentó el método para grabar circuitos en capas de láminas de cobre unidas a materiales base no conductores reforzados con vidrio. Esta técnica, creada por el británico Paul Eisler, ganó gran popularidad en 1950, lo que fue posible gracias a la creación de los transistores para su uso comercial. Hasta entonces, los tubos de vacío, así como otros componentes, eran lo suficientemente grandes como para que sólo fuera necesario el cableado y los métodos de montaje tradicionales.
Sin embargo, con los transistores, todo cambió. El tamaño de los componentes se redujo enormemente. Los fabricantes también quisieron reducir el tamaño total de los paquetes electrónicos cambiando a placas de circuitos impresos.
La introducción de la tecnología de agujeros pasantes y su utilidad en las placas de circuito impreso multicapa en la década de 1960 condujo a un aumento de la densidad de los componentes y a la creación de circuitos eléctricos muy espaciados. Esto supuso un nuevo comienzo para el diseño de las placas de circuito impreso.
La estructura de un circuito impreso de aluminio
Las placas de circuito impreso de aluminio tienen características similares a las placas de circuito impreso FR4. La estructura básica del PCB de aluminio es de cuatro capas. Se compone de una lámina de cobre, una membrana base de aluminio, una capa base de aluminio y una capa dieléctrica.
Capa de lámina de cobre
La capa de cobre utilizada es más gruesa en comparación con las CCL habituales. Al tener una capa de cobre más gruesa, la capacidad de transporte de corriente es mayor.
Capa dieléctrica
Esta capa es conductora térmica y su grosor oscila entre 50 micrómetros y 200 micrómetros. Su resistencia térmica también es baja y es ideal para su aplicación.
Base de aluminio
La capa base de aluminio se compone de sustrato de aluminio pcb. Esta base tiene una alta conductividad térmica. Tiene una membrana selectiva. También juega a la defensiva manteniendo el exterior del aluminio a salvo de raspaduras y grabados. Esto es de dos tipos. Se encuentra por debajo de 120 grados o alrededor de 250 grados.
PCB de aluminio: Tipos
Hasta ahora, se sabe que las empresas de convertidores de potencia y LED son los mayores usuarios de PCB de aluminio. Sin embargo, las empresas de automoción y radiofrecuencia también utilizan este tipo de PCB. También es más común la construcción de una sola capa. Esto se debe a su naturaleza simple. Sin embargo, se ofrecen otras configuraciones.
Placas de circuito impreso de aluminio con orificios pasantes
Para estructuras muy complejas, una sola capa de aluminio puede formar el núcleo principal de una estructura térmica con muchas caras. Para las placas de circuito impreso con orificios pasantes, primero se perfora el aluminio. También se utiliza dieléctrico para rellenar el agujero antes de que tenga lugar el proceso de laminación.
A continuación, los subconjuntos o materiales térmicos se laminan a los lados de aluminio con los materiales para la unión térmica. Tras la laminación, el conjunto se perfora para que parezca una placa de circuito impreso multicapa. A continuación, los orificios pasantes se pasan a través de los espacios libres de aluminio para ofrecer aislamiento eléctrico.
Circuitos impresos flexibles de aluminio
El dieléctrico flexible es un nuevo desarrollo de los materiales IMS (sustrato metálico aislado). Estos materiales tienen resina de poliimida y rellenos cerámicos y ofrecen mayor flexibilidad, conductividad térmica y aislamiento eléctrico.
Cuando se utilizan con materiales de aluminio que son flexibles como el 5754, la placa de circuito impreso puede deshacerse de elementos caros como conectores, accesorios y cables. Aunque son materiales flexibles, se pueden doblar y permanecer en su sitio de por vida. Los pcbs de aluminio flexibles no deben utilizarse para aplicaciones que requieran la flexión frecuente de los materiales.
PCB híbridos de aluminio
El mejor tipo de aplicación para el PCB de aluminio híbrido es en aplicaciones de RF. Esto se debe a que proporcionan un mayor rendimiento térmico, especialmente cuando se utilizan en un producto FR4 estándar.
Las placas de circuito impreso híbridas de aluminio suelen implicar el procesamiento por separado de materiales no térmicos. A continuación, se aplica a un material térmico que tiene una base de aluminio. El aglutinante ofrece rigidez y resistencia al circuito impreso de aluminio. También interviene en la disipación del calor. Otra ventaja es que se puede unir un material térmico con otro que no lo sea.
Esto se debe a su gran conductancia térmica. Además, en cuanto a la producción, cuesta menos. Cuando se fabrican circuitos impresos híbridos de aluminio, no es necesario ningún ensamblaje ni disipador de calor.
Circuitos impresos de aluminio de alta conductividad
Puede utilizar las placas de circuito impreso de aluminio de alta conductividad en equipos de fabricación que requieran una gran potencia de entrada. Las características del aluminio garantizan que se adapte perfectamente al uso de estas aplicaciones. Este tipo de aluminio puede ser de doble o simple capa. Esto depende de su uso.
Placa de circuito impreso de cerámica de nitruro de aluminio
Este material de pcb de sustrato de aluminio se utiliza ampliamente porque tiene la capacidad de tener una alta conductividad térmica. Cuando esto se combina con una alta resistencia dieléctrica junto con una baja expansión, entonces usted producirá un PCB que se destaca.
Esta placa de circuito impreso puede utilizarse para fabricar circuitos integrados de alta potencia, sensores, placas de aluminio para LED y otros componentes. El uso de placas de circuito impreso cerámicas de nitruro de aluminio tiene varias ventajas. Entre ellas se incluyen su alta temperatura de funcionamiento, su fuerte dieléctrico, su bajo coeficiente de expansión y el menor tamaño del paquete como resultado de la integración.
La aplicación que vaya a utilizar, así como el diseño que desee, determinarán si debe imprimir su circuito utilizando plata o cobre.
Una vez más, puede tener una placa de nitruro de aluminio de doble o de una sola capa.
Dificultades encontradas al fabricar PCB de aluminio
Todas las pcbs de aluminio tienen un proceso de fabricación similar. En este capítulo, vamos a discutir los principales procesos de fabricación, los problemas, así como sus soluciones.
Grabado de cobre
La lámina de cobre del PCB de aluminio es un poco más gruesa. Así que si esta lámina de cobre es de más de 3 onzas, entonces el grabado necesita ajuste de anchura. El hecho es que si no funciona de acuerdo con la demanda del diseño, entonces después del grabado el ancho de la traza queda fuera de tolerancia. Una buena razón por la que la compensación de la anchura de la traza se hace con precisión. Hay que controlar los factores de grabado durante la fabricación.
Fabricación mecánica
La fabricación mecánica implica algunos procesos, que incluyen taladrado mecánico, moldeado, ranurado en V y más. Esto suele disminuir la resistencia eléctrica. Por ello, las fresas eléctricas y profesionales se utilizan para fabricar productos de bajo volumen. También hay que ajustar los parámetros de taladrado. Esto evita la generación de rebabas. También ayudará durante la fabricación mecánica.
Impresión de la máscara de soldadura
Como resultado de la gruesa lámina de cobre, la impresión de la máscara de soldadura del PCB de aluminio suele presentar dificultades. ¿A qué se debe esto? Si el grosor de la traza de cobre es demasiado, la imagen grabada tendrá una gran diferencia entre la superficie de la traza y la placa base. Esto dificulta la impresión de la máscara de soldadura.
Por este motivo, la máscara de soldadura suele imprimirse dos veces. El aceite de la máscara de soldadura debe tener una calidad decente. Además, en otros casos, el relleno de la resina se realiza primero antes que la máscara de soldadura.
Ventajas de los PCB de aluminio
Las placas de circuito impreso de aluminio suelen tener algunas ventajas en comparación con el uso de otros materiales como base.
Es menos costoso
El hecho es que el aluminio se extrae y refina fácilmente y por eso es nativo de muchos climas. Por eso, extraerlo y refinarlo también es menos costoso en comparación con otros metales. En cuanto a la extensión, los costos involucrados en la fabricación, que están relacionados con los productos de PCB de aluminio, son menos costosos también. En comparación con los disipadores de calor, los PCB de aluminio también son menos costosos.
Mejor transferencia del calor
Una de las razones por las que la electrónica puede sufrir graves daños son las altas temperaturas. Con el aluminio, puede estar seguro de que el calor se conduce y se transfiere lejos de las zonas peligrosas. Esto, a su vez, reduce los posibles daños que pueda sufrir su placa de circuito impreso.
Respetuoso con el medio ambiente
El aluminio puede reciclarse. Todos los fabricantes, hasta los compradores, pueden utilizar placas de circuito impreso de aluminio porque garantiza la salud del planeta.
Ligero
Gracias a su durabilidad, el aluminio es extremadamente ligero. Además, añade fuerza y resistencia a la placa de circuito impreso sin aumentar su peso.
Aunque los convertidores de potencia y los proyectos de iluminación son conocidos como los mayores usuarios de placas de circuito impreso con base metálica, existen innumerables usuarios diferentes. Todos los proveedores de PCB con núcleo de aluminio deben ayudar a los clientes a evaluar sus requisitos de control térmico y aislamiento. Las placas de circuito impreso con núcleo de aluminio se utilizan clásicamente con máscaras de soldadura blancas o negras.
Duradero
En comparación con otros materiales base como la cerámica y la fibra de vidrio, el aluminio es más duradero y resistente. Reduce cualquier posible rotura accidental, que podría producirse durante todo el proceso de fabricación, así como durante el uso y manipulación diarios.
Aplicaciones de los PCB de aluminio
Los PCB de aluminio son excelentes para situaciones en las que los requisitos de disipación del calor térmico son extremadamente altos.
El PCB de aluminio es muy funcional a la hora de alejar la energía térmica de los componentes de las placas de circuito impreso. Por lo tanto, ofrece una mejor gestión de la temperatura para cualquier diseño de PCB. En lo que respecta a la eliminación de la energía térmica de los componentes de las placas de circuitos, los diseños con soporte de aluminio pueden ser diez veces más eficaces que los diseños con soporte de fibra de vidrio. Esta mayor tasa de disipación térmica garantiza la implementación de diseños de mayor densidad y potencia.
Los PCB de aluminio se utilizan con frecuencia para la disipación de alta potencia
Los PCB de aluminio han ganado un amplio reconocimiento en la iluminación de automóviles, aplicaciones LED, iluminación general y semáforos. El uso de diseños de aluminio permite aumentar la densidad de LED en la estructura de la placa de circuito impreso. También permite que las placas de circuito impreso de aluminio para LED montadas funcionen a corrientes más elevadas, manteniéndose al mismo tiempo dentro de unas tolerancias específicas de temperatura.
Los PCB de aluminio también permiten reducir los márgenes de seguridad cuando se trabaja con LED de potencia.
Los LED vienen con una baja temperatura de funcionamiento durante el diseño. Esto significa que los LED podrán funcionar durante periodos de tiempo más largos antes de empezar a fallar.
Circuitos de alta corriente, fuentes de alimentación, aplicaciones de automoción y controladores de motor
Los materiales de los PCB con núcleo de aluminio son muy operativos en aplicaciones de disipación térmica, entre las que se incluyen los CI de montaje superficial de alta potencia. Debido a la alta disipación térmica que se suele asociar a los PCB de aluminio, se pueden simplificar los diseños de las placas de circuitos.
Las placas de circuito impreso de aluminio se libran del aire forzado y del disipador de calor. A la larga, esto reduce el coste del diseño. Cualquier diseño que pueda transformarse en algo mejor introduciendo mejoras en el control de la temperatura y la conducción térmica, es ideal para las placas de circuito impreso de aluminio.
Las placas de circuito impreso con base de aluminio están formadas por un soporte de aluminio. Por otro lado, las placas de circuito impreso tradicionales utilizan una pcb de sustrato de aluminio hecha de fibra de vidrio con FR4 como estándar, capas dieléctricas que son conductoras térmicas y capas de circuito estándar.
Debido a esto, las capas del circuito podrían ser tan complejas como las capas que se montan en cualquier PCB de fibra tradicional.
Los PCB de aluminio pueden aumentar la durabilidad y la vida útil del diseño del PCB gracias a las reducciones asociadas en el control de la temperatura y las tasas de fallo. Además, los diseños de aluminio también garantizan bajos niveles de expansión térmica en comparación con otros diseños de PBS, así como una mayor estabilidad mecánica.
Aplicaciones de los PCB con núcleo de aluminio
Consumo: luces para interiores de edificios, iluminación para el control del tráfico, alumbrado público, material de camping e iluminación paisajística.
Medicina: Iluminación para quirófanos, herramientas para iluminación quirúrgica, convertidores de potencia y tecnología de escaneado de alta potencia.
Telecomunicaciones: Incluye aparatos de filtrado de alta frecuencia y amplificadores.
Módulos de potencia: Incluye rectificadores de potencia, puentes, convertidores y relés de estado sólido.
Fuentes de alimentación: Incluye convertidores CA/CC y reguladores de conmutación.
Automoción: Incluye reguladores electrónicos, iluminación y controladores de potencia.
Dispositivos de audio: Incluye amplificadores de salida y entrada y amplificadores de potencia acoplados a ofimática, como accionamientos eléctricos y motores.
Ordenadores: Como dispositivos de alimentación, disqueteras y placas CPU.
Rendimiento de los PCB de aluminio
Disipación térmica
El rendimiento del PCB de aluminio durante la disipación del calor está bien en comparación con los PCB FR4 normales. Digamos que un PCB FR4 de 1,5 mm de grosor tendrá una resistencia térmica de 20 a 22 grados por vatio, mientras que los PCB de aluminio de 1,5 mm de grosor tendrán una resistencia térmica de 1 a 2 grados por vatio.
Estabilidad dimensional
Los PCB de aluminio muestran una estabilidad dimensional y de tamaño constante. Cuando se calientan de 30 a 140 grados, sólo habrá un cambio en su dimensión de 2,5 a 3%.
Expansión térmica
Todas las sustancias tienen un coeficiente de expansión térmica (CTE). El CTE del aluminio y el del cobre son bastante parecidos, 18ppm/C y 22ppm/C respectivamente. Los PCB de aluminio funcionan eficazmente con respecto a la disipación térmica. Por eso no tienen graves problemas de desarrollo o contracción. Además, funcionan de forma excepcional y también son fiables y duraderos.
Cómo almacenar PCB de aluminio
Si hay algún aspecto que debe tener cuidado cuando se trata de PCB de aluminio, entonces es la parte de almacenamiento. Esto se debe a que un mal almacenamiento puede causar distorsiones o fallos en el PCB de aluminio.
Para reducir esto, hay algunas áreas que debe evitar siempre que desee almacenar un PCB de aluminio. Para las zonas húmedas, utilice deshumidificadores. Esto se debe a que la humedad se vuelve terrible si un PCB de aluminio entra en contacto con ella. También puede utilizar una bolsa de barrera. Esto también evita que la humedad penetre en la placa de circuito impreso.
Además de la humedad, también hay que evitar el calor. Si dispone de un almacén para almacenar las placas de circuito impreso, asegúrese de que esté bien ventilado. También puede utilizar un aparato de aire acondicionado. Esto ayudará a mantener la temperatura de su PCB. Si el calor es excesivo, los materiales de las placas pueden deformarse.
También debe evitar que el frío afecte a su PCB. Esto se debe a que cuando los elementos internos de tu PCB se enfrían demasiado, entonces, puedes tener fácilmente breves. Podría ser imposible solucionar el problema.
Asegúrese de evitar que insectos y animales se acerquen a su PCB de aluminio. Animales como roedores podrían causar mucho daño como orinar. La orina tiene amoniaco, y esto puede ablandar los elementos del PCB, haciendo que funcione mal.
Su almacenamiento también debe evitar que entre polvo. Cuando el polvo se acumula en su PCB, puede provocar que funcione con lentitud.
Por último, evite que la electricidad estática se acerque a su PCB de aluminio. Las partículas cargadas eléctricamente pueden ralentizar el rendimiento de su PCB.
Conclusión
Después de leer este artículo, usted debe tener una comprensión profunda de lo que implica un PCB de aluminio. Como ya sabe, las placas de circuito impreso de aluminio son muy útiles en la mayoría de los aparatos electrónicos. Por lo tanto, si trabaja en la industria manufacturera, necesitará componentes y productos de la máxima calidad. Por último, tener un buen conocimiento de estos conceptos básicos le ayudará a la hora de solucionar problemas en cualquiera de sus dispositivos.
