Alüminyum PCB Nedir? Metal Çekirdekli PCB
Kısa cevap Alüminyum PCB nedir, ne işe yarar?
Alüminyum PCB, bakır devre katmanının ısıl iletkenliği yüksek ince bir dielektrik üzerinden kalın bir alüminyum tabana bağlandığı metal çekirdekli karttır. Dielektriği 1 – 3 W/m·K ısıl iletkenliğe sahiptir ve ısıyı FR-4'ten birkaç kat daha iyi uzaklaştırır. Güç LED'leri, motor sürücüleri ve güç kaynaklarında kullanılır.
Alüminyum PCB (metal çekirdekli PCB, MCPCB, IMS), bakır devre katmanının ince bir yalıtkan üzerinden kalın bir alüminyum plakaya yapıştırıldığı karttır. Alüminyum taban ısıyı hızla yayar ve bir soğutucuya veya kasaya aktarır. Güç LED'leri, LED sokak ve araç lambaları, motor sürücüleri, güç kaynakları ve DC-DC dönüştürücüler alüminyum PCB'nin tipik kullanım alanlarıdır. Bu yazıda alüminyum PCB'nin yapısını, FR-4 ile farkını, ısıl iletkenlik seçimini, tasarım kurallarını, Gerber paketini ve üreticiye verilecek bilgileri anlatıyoruz.
Yapı: üç katman
- Bakır devre katmanı: Genellikle 1 – 2 oz. Yüksek akımlı uygulamalarda 3 – 4 oz'a çıkar.
- Dielektrik (yalıtkan): Seramik dolgulu polimer; kalınlığı 75 – 150 µm. Kartın ısıl performansını belirleyen katmandır.
- Alüminyum taban: 0,8 – 3,0 mm; en yaygını 1,0 ve 1,5 mm. Genellikle 5052 veya 6061 alaşım.
FR-4 ile karşılaştırma
| Özellik | FR-4 | Alüminyum (MCPCB) |
|---|---|---|
| Isıl iletkenlik (dielektrik) | ≈ 0,3 W/m·K | 1 – 3 W/m·K (özel malzemelerde 5 – 8) |
| Katman | 1 – çok katman | Çoğunlukla tek katman |
| Delikli (THT) komponent | Kolay | Sınırlı, özel işlem gerekir |
| Panelden ayırma | V-cut veya freze | V-cut mümkün, freze daha yavaş |
| Maliyet | Düşük | Daha yüksek |
Isıl iletkenlik farkı büyüktür: aynı kalınlıkta 2 W/m·K'lik bir dielektrik, FR-4'e göre ısıyı yaklaşık 6 – 7 kat daha iyi iletir. 1 W'lık bir LED'in FR-4 kart üzerinde 20 – 30 °C daha sıcak çalışması, ömrünü belirgin şekilde kısaltır.
Isıl iletkenlik nasıl seçilir?
Dielektrik ısıl iletkenliği 1 W/m·K (standart), 2 W/m·K ve 3 W/m·K gibi seçeneklerle sunulur. Düşük güçlü LED şeritler ve aydınlatma panelleri için 1 W/m·K yeterlidir. Yüksek güçlü COB LED'ler, projektörler ve güç yarı iletkenleri için 2 – 3 W/m·K tercih edilir. Isıl direnç yalnızca malzemeye değil, dielektrik kalınlığına ve komponentin pad alanına da bağlıdır; bu yüzden termal pad'e bağlanan bakır alanı mümkün olduğunca geniş tutulmalıdır. Jonksiyon sıcaklığını kabaca hesaplamak için soğutucu hesaplama aracını kullanabilirsiniz.
Tasarım kuralları
- Isı üreten komponentlerin termal pad'lerini geniş bakır alanlarla birleştirin.
- Alüminyum taban iletkendir: montaj delikleri ile bakır arasında yeterli yalıtım mesafesi bırakın. Yüksek gerilimli (şebeke) uygulamalarda dielektrik dayanım (ör. 2 – 4 kV) üreticiye belirtilmelidir.
- Kart kenarına yakın bakırı geri çekin (en az 0,5 mm); kesim sırasında alüminyum çapağı bakıra temas edebilir.
- LED uygulamalarında beyaz solder mask ışığı yansıtır ve verimi artırır; bkz. PCB renkleri.
- Kart ile soğutucu arasına termal macun veya ped koymayı unutmayın; alüminyum PCB tek başına soğutucu değildir.
Gerber paketi
Tek katlı alüminyum PCB için Gerber paketi basittir: üst bakır, üst solder mask, üst silkscreen, kart dış hattı ve delik dosyası. Alt katman (alüminyum yüzey) için Gerber gerekmez. Tasarım programında kartı normal tek katlı FR-4 gibi çizin ve siparişte malzemeyi alüminyum olarak belirtin. Montaj delikleri NPTH (kaplamasız) olmalıdır; alüminyum PCB'de kaplamalı delik standart değildir.
Üreticiye verilmesi gereken bilgiler
| Bilgi | Örnek |
|---|---|
| Taban kalınlığı | 1,5 mm alüminyum |
| Dielektrik ısıl iletkenliği | 2 W/m·K |
| Bakır kalınlığı | 1 oz |
| Solder mask / silkscreen | Beyaz / siyah |
| Yüzey kaplama | Kurşunsuz HASL veya ENIG |
| Dielektrik dayanım (gerekiyorsa) | AC 2,5 kV |
| Panel ve ayırma | V-cut, 5 × 2 panel |
Sıkça sorulan sorular
Alüminyum PCB çift katlı yapılabilir mi?
Yapılabilir, ancak kaplamalı delikler alüminyumdan yalıtılmak zorunda olduğu için süreç karmaşık ve pahalıdır. Uygulamaların büyük çoğunluğu tek katlıdır.
Bakır çekirdekli PCB ne zaman gerekir?
Alüminyumun yetmediği çok yüksek ısı akılarında (yüksek güçlü lazer diyotlar, RF güç kuvvetlendiricileri) bakır taban kullanılır. Isıl iletkenliği alüminyumun yaklaşık iki katıdır ama maliyeti ve ağırlığı yüksektir.
Alüminyum PCB'ye dizgi yapılabilir mi?
Evet, SMD dizgi yapılır. Metal taban ısıyı hızla çektiği için reflow profili FR-4'e göre ayarlanmalıdır; elle lehimlemede de güçlü bir havya veya ön ısıtma gerekir.
Alüminyum PCB siparişleri için Gerber dosyanızı ve malzeme tercihlerinizi pcb@elektromall.com.tr adresine göndererek teklif alabilirsiniz.
Gerber dosyanız hazırsa yükleyin, anında fiyat alın.
Gerber Yükle, Anında Fiyat Al