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(dǎo)熱性，當(dāng)其他被動或主動冷卻措施無法使元件溫度達(dá)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(jìn)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(guān)晶體管的其他元件上使用冷卻風(fēng)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(dāng)?shù)摹颁X”來表示PCB”。使用鋁作為PCB中的金屬芯，由于其高導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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?，因為磁芯具有低?dǎo)熱性。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(shè)計應(yīng)考慮以下因素：

表面層：這是標(biāo)準(zhǔn)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(yù)浸料的導(dǎo)熱層。這可以是聚合物或陶瓷層。選擇具有較高導(dǎo)熱性的材料，特別是具有高導(dǎo)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(hù)作用，因為它保護(hù)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(dǎo)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(yīng)用于柔性鋁PCB。因此，聚合物層壓板應(yīng)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(qiáng)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。