ما هو ثنائي الفينيل متعدد الكلور الركيزة الألومنيوم؟
لوحات الدارات ثنائية الفينيل متعدد الكلور المصنوعة من ركيزة الألومنيوم (لوحات الدارات المعدنية) هي لوحات دارات مطبوعة خاصة ذات هيكل شطيرة&8220;“ ساندويتش&8221; هيكل. الطبقة العلوية عبارة عن طبقة دائرة من رقائق النحاس. الطبقة الوسطى عبارة عن طبقة عازلة عالية التوصيل الحراري (عادةً ما تكون مصنوعة من راتنجات الإيبوكسي الممزوجة بمسحوق السيراميك). الطبقة السفلية عبارة عن ركيزة من سبائك الألومنيوم. يحقق هذا الهيكل العزل الكهربائي من خلال الطبقة العازلة الوسيطة مع استخدام الألومنيوم&8217؛ الموصلية الحرارية الأفضل لتحسين كفاءة تبديد الحرارة بشكل كبير. وهي مصممة خصيصًا لإدارة الحرارة الناتجة عن الأجهزة الإلكترونية عالية الطاقة.
الأنواع الرئيسية لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور المصنوعة من ركيزة الألومنيوم
- ركيزة الألومنيوم أحادية الطبقة: النوع الأساسي، مناسب للإضاءة البسيطة والدوائر منخفضة التعقيد
- ركيزة ألومنيوم مزدوجة الطبقة: طبقات الدائرة على كلا الجانبين، متصلة من خلال ثقوب معدنية
- ركيزة الألومنيوم الهجين: استخدام جزئي للمواد المصنوعة من الألومنيوم مع استخدام مواد FR-4 التقليدية في مناطق أخرى
- ركيزة ألومنيوم متعددة الطبقات: هيكل معقد مناسب للتطبيقات المتكاملة للغاية (مثل الوحدات الإلكترونية للسيارات)
المزايا البارزة لركائز الألومنيوم
أداء حراري استثنائي
توفر ركائز الألومنيوم معاملات توصيل حراري تتراوح بين 1-3 وات/م·كلفن، أي أعلى بـ 5-10 مرات من المعدل العادي. مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور FR-4 (0.3-0.5 وات/م·كلفن)، قادر على خفض درجات حرارة مكونات التسخين بأكثر من 10 درجات مئوية، مما يطيل عمر خدمة المكونات بشكل كبير.
خواص ميكانيكية ممتازة
تتميز ركائز الألومنيوم بمقاومة فائقة للصدمات والاهتزازات مقارنة باللوحات الإلكترونية العادية، مع معامل تمدد حراري (CTE) قريب من رقائق السيليكون (10-15ppm/℃)، مما يقلل من التشوهات وفشل التوصيلات الناتجة عن الإجهاد الحراري.
خفيفة الوزن وموثوقية عالية
كثافة الألومنيوم أقل من كثافة النحاس، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب تبديد الحرارة وتصميمًا خفيف الوزن. كما أنه يوفر أداءً جيدًا للعزل الكهربائي (يتحمل جهدًا كهربائيًا ≥3000 فولت).
الفوائد البيئية وفعالية التكلفة
مواد الألومنيوم قابلة لإعادة التدوير، مما يلبي المتطلبات البيئية. على الرغم من أن التكاليف الأولية أعلى، إلا أنها يمكن أن تقلل أو حتى تلغي الحاجة إلى أحواض حرارية إضافية، مما يوفر فوائد كبيرة من حيث التكلفة الإجمالية.
عملية تصنيع ركيزة الألومنيوم
تدفق العمليات الأساسية
القطع → الحفر → التصوير بالفيلم الجاف → الفحص → الحفر → فحص الحفر → قناع اللحام → طباعة التسمية → فحص قناع اللحام → HASL (تسوية اللحام بالهواء الساخن) → معالجة سطح الألومنيوم → التثقيب → الفحص النهائي → التعبئة → الشحن
النقاط الفنية الرئيسية
- معالجة طبقة العزل: استخدام وسيط عازل عالي التوصيل الحراري (راتنج إيبوكسي + حشو سيراميك)، بسمك 50-200 ميكرومتر
- اختيار رقائق النحاس المختارة: عادة، استخدم رقائق نحاسية بسماكة 2-10 أونصة لتقليل فقدان الحرارة الحالية
- معالجة السطحتجنب درجات الحرارة المرتفعة عمليات HASL لمنع تلف طبقة العزل
متى يجب عليك اختيار ثنائي الفينيل متعدد الكلور من ركيزة الألومنيوم؟
التطبيقات المناسبة
- معدات ذات كثافة طاقة عالية وتوليد حرارة كبيرة (إضاءة LED، وحدات الطاقة)
- التطبيقات ذات الاختلافات الكبيرة في درجات حرارة التشغيل (إلكترونيات السيارات، المعدات الخارجية)
- المنتجات التي تتطلب تصميمًا مصغرًا مع الحفاظ على الإدارة الحرارية
- المناسبات التي تتطلب ثباتًا ميكانيكيًا وموثوقية عالية
تطبيقات غير مناسبة
- سيناريوهات إرسال الإشارات عالية التردد (> 1 جيجا هرتز) (مواد FR-4 أكثر فائدة)
- تطبيقات الطاقة المنخفضة الحساسة للغاية من حيث التكلفة
- منتجات إلكترونية تقليدية بدون متطلبات تبريد إضافية
اعتبارات الاختيار
المفاهيم الخاطئة الشائعة في الاختيار
- المزيد من الطبقات يعني تبديد أفضل للحرارة: يتطلب النظر في تصميم توزيع مصدر الحرارة؛ وتناسب الهياكل متعددة الطبقات الوحدات متعددة الرقائق، في حين أن الهياكل أحادية الطبقة أكثر فعالية من حيث التكلفة لسيناريوهات الإضاءة البسيطة
- التركيز فقط على التوصيل الحراري: تحتاج إلى تقييم شامل لجهد الصمود، والمقاومة الحرارية، والقوة الميكانيكية، وغيرها من المؤشرات
- مناسبة لجميع التطبيقات عالية الطاقة: لا تزال FR-4 تحمل مزايا في سيناريوهات نقل الإشارات عالية السرعة
معلمات الاختيار الرئيسية
- الأداء الحراري: الموصلية الحرارية 1-3 وات/م·كلفن، المقاومة الحرارية لطبقة العزل <0.5℃·بوصة مربعة/وات
- الأداء الكهربائي: تحمل الجهد ≥3000V، جهد الانهيار ≥4KV
- الأداء الميكانيكي: قوة التقشير 1.0-1.5 كجم/سم، يجتاز اختبار اللحام بإعادة التدفق بثلاث دورات عند 260 درجة مئوية
مجالات التطبيق
- إضاءة LED: مصابيح LED عالية الطاقة، وأضواء الشوارع، وأنظمة إضاءة السيارات
- معدات الطاقةتبديل المنظمات، محولات التيار المستمر/ التيار المتردد، وحدات تحويل الطاقة
- إلكترونيات السياراتالمنظمات، وأجهزة الإشعال الإلكترونية، وأجهزة التحكم في الطاقة
- التحكم الصناعيمحركات المحركات، ووحدات الطاقة، ومرحلات الحالة الصلبة
- معدات الصوتمضخمات الصوت عالية الطاقة، ومضخمات الصوت المتوازنة، ومراحل إخراج الصوت
- معدات الاتصالاتالمضخمات عالية التردد، ومعدات الترشيح، ودوائر الإرسال
حلول تحسين تبديد الحرارة لركيزة الألومنيوم ثنائي الفينيل متعدد الكلور
يمكن تحسين كفاءة تبديد الحرارة بشكل أكبر من خلال اختيار المواد والتصميم الهيكلي وتحسين العملية:
- استخدم رقائق نحاسية بسماكة 2-3 أونصة لتوسيع منطقة التلامس مع طبقة العزل
- تفريق مكونات التدفئة لتجنب تخطيط مركز
- تطبيق تقنية التوصيل الحراري (يمكن لمصفوفة 6×6 أن تقلل درجة حرارة الوصلة بحوالي 4.8 درجة مئوية)
- يمكن أن يؤدي تحسين تصميم اللوحات، وكشف النحاس في أسفل الرقاقة، إلى تقليل المقاومة الحرارية بنسبة 15%-20%
تحليل التكاليف
عادةً ما تكلف مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور المصنوعة من ركيزة الألومنيوم أكثر بنسبة 30% إلى 50% من مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور FR-4 العادية، ويرجع ذلك بشكل أساسي إلى:
- تكاليف المواد الخاصة (ركيزة من الألومنيوم، طبقة عازلة عالية التوصيل الحراري)
- تقنيات ومتطلبات المعالجة المعقدة
- الحاجة إلى معدات متخصصة وموظفين فنيين متخصصين
ومع ذلك، يمكن تخفيض أسعار الوحدة بشكل كبير في الإنتاج بكميات كبيرة (أكثر من 3000 قطعة)، ويمكن أن تؤدي الموثوقية على المدى الطويل إلى انخفاض تكاليف الصيانة، مما يعوض الاستثمار الأولي.