使用鋁PCB進行熱管理 提高散熱效果

鋁不僅可用于汽水罐

我現(xiàn)在已經(jīng)三十多歲了，所以我不再喝蘇打了，但我知道鋁在制作可樂罐之外有很多用途。一種用途是作為熱管理材料的PCB核心。鋁具有高導熱性，當其他被動或主動冷卻措施無法使元件溫度達到足夠低的水平時，可用于將熱量從PCB上的有源元件帶走。

使用鋁PCB進行熱管理

有源元件耗散大量功率，因此在CPU或具有大量開關晶體管的其他元件上使用冷卻風扇。如果環(huán)境溫度過高，主動冷卻措施僅對將電路板的溫度降低到環(huán)境水平附近有用。此外，您只能通過主動冷卻消散這么多熱量。這是需要使用一些額外的策略來消散活性成分的熱量的地方。

鋁是一種可用于PCB核心的替代材料，通常用不恰當?shù)摹颁X”來表示PCB”。使用鋁作為PCB中的金屬芯，由于其高導熱性，它可以輕松地從有源元件散熱。 PCB中心的鋁或其他金屬的高導熱性使得熱量可以更均勻地分布在整個電路板上。

與FR4相比，F(xiàn)R4是一種相對較差的熱導體，而不是PCB基板的其他替代材料。 PCB上的熱點可以形成接近有源元件，因此使用主動和被動冷卻措施來散熱并將溫度提升到安全水平。有源元件產(chǎn)生的熱量也可以使用散熱通孔和焊盤從元件層傳輸?shù)絻?nèi)部接地或電源平面。

在帶有FR4芯的電路板中，接地/電源層受限于它們可以在電路板周圍傳輸?shù)臒崃浚驗榇判揪哂械蛯嵝?。散熱通孔和焊盤有助于散熱，但通常需要采用其他策略將元件的工作溫度降至安全水平。

鋁PCB疊層

雖然從制造的角度來看，鋁PCB似乎是一個奇怪的選擇，但是可以與鋁PCB一起使用的疊層實際上類似于可以與FR4基板一起使用的疊層。示例疊加如下圖所示：

帶鋁PCB的示例層疊

鋁PCB疊層的設計應考慮以下因素：

表面層：這是標準的銅箔層。有些制造商會建議您使用比FR4上使用的更重的銅（最多10盎司）。

介電層：內(nèi)部介電層可以是任何用作預浸料的導熱層。這可以是聚合物或陶瓷層。選擇具有較高導熱性的材料，特別是具有高導熱率的陶瓷，將有助于熱管理，同時還提供足夠的絕緣性。介電層的典型厚度為0.05至0.2毫米。

鋁膜層：鋁膜層起到保護作用，因為它保護鋁芯免受不必要的蝕刻。這是一個非常薄的絕緣層，對穿過磁芯的任何過孔起著重要作用（見下文）。

鋁芯：內(nèi)層是鋁芯具有高導熱性。大多數(shù)鋁板厚度為0.5毫米，但較厚的板材可用于提供更大的結構穩(wěn)定性。

請注意，過孔可以通過鋁芯鉆孔，盡管是鋁膜該層將需要覆蓋通孔的內(nèi)部，以便在銅通孔壁和芯之間形成絕緣層。如果您選擇使用更厚的鋁芯，您的材料成本和制造成本將會增加。

鋁PCB的一些應用

因為使用了層壓板在鋁制PCB中比FR4更快地散熱，它們可以用于產(chǎn)生大量熱量的各種系統(tǒng)中。一個很好的例子是LED照明陣列。在高功率下工作的SMD LED產(chǎn)生大量的熱量。鋁芯散發(fā)的熱量可以迅速將熱量從LED中移走，從而延長其使用壽命。

采用SMD LED的照明陣列

薄鋁芯PCB甚至可以制造成柔性PCB。靜態(tài)和動態(tài)柔性PCB均可由鋁PCB制成。由于陶瓷的延展性比鋁低得多，因此它們不應用于柔性鋁PCB。因此，聚合物層壓板應該用作這些板中的介電層。

鋁PCB提供除熱管理之外的其他好處。上面提到了剛性和更高的抗彎曲和沖擊強度。此外，金屬芯提供更好的EMI屏蔽，因此鋁PCB也可用于電噪聲環(huán)境。金屬芯也比FR4或其他材料更環(huán)保，因為鋁是可回收的。