알루미늄 기판이란 무엇인가요?
An 알루미늄 기판 는 열 방출이 좋은 금속 코어 구리 피복 기판입니다. 일반적인 단면 보드는 회로층(구리 호일), 유전체(절연) 층, 금속 베이스 층의 세 가지 층으로 구성됩니다. 고급 용도의 경우 회로층, 유전체층, 알루미늄 베이스, 유전체층, 회로층으로 구성된 양면 기판도 있습니다. 몇 가지 특별한 경우에는 일반 보드를 적층하여 만든 다층 보드를 사용합니다. 다층 PCB 유전체 층과 알루미늄 베이스가 있습니다.
알루미늄 기판의 작동 원리
전원 부품은 회로 레이어에 장착됩니다. 부품에서 발생하는 열은 유전체 층을 통해 금속 베이스로 빠르게 이동합니다. 그러면 금속 베이스가 열을 퍼뜨려 방출합니다. 이것이 부품이 냉각되는 방식입니다.
알루미늄 기판의 구조
알루미늄 피복 구리 기판은 구리 호일, 열 전도성 유전체 층, 금속베이스로 구성된 금속 회로 기판 재료입니다. 일반적인 세 가지 레이어가 있습니다:
- 회로 레이어(회로 레이어): 일반 PCB의 구리 피복층과 같습니다. 구리 두께는 1온스~10온스(약 35µm~280µm) 범위입니다. 구리를 에칭하여 인쇄 회로를 형성합니다. 기판은 종종 더 높은 전류를 전달해야 하기 때문에 더 두꺼운 구리가 사용됩니다.
- 유전체 레이어(유전체 레이어): 낮은 열 저항, 열 전도성 단열층. 이것이 핵심 기술입니다. 일반적으로 세라믹으로 채워진 특수 폴리머입니다. 낮은 내열성, 우수한 점탄성 및 열노화 저항성을 가지고 있습니다. 기계적 및 열적 스트레스를 견딜 수 있습니다. 이 층을 통해 보드는 우수한 열전도와 높은 전기 절연성을 결합할 수 있습니다.
- 베이스 레이어(베이스 레이어): 금속 베이스, 일반적으로 알루미늄 또는 때로는 구리(구리는 열전도율이 더 좋음). 금속 베이스는 보드를 지지합니다. 열전도율이 높아야 하며 드릴링, 펀칭 및 절단에 적합해야 합니다.
알루미늄 기판은 기존 PCB 소재에 비해 별도의 방열판 없이 전원 부품의 SMT 실장에 적합하고 제품 크기를 줄이며 뛰어난 냉각 성능을 제공하면서도 우수한 절연성과 기계적 강도를 유지한다는 분명한 장점이 있습니다.
알루미늄 기판의 성능 특징
- 표면 실장 기술(SMT) 지원.
- 회로 설계에서 매우 효과적인 열 확산.
- 더 낮은 작동 온도, 더 높은 전력 밀도 및 안정성, 더 긴 수명.
- 제품 크기를 줄이고 하드웨어 및 조립 비용을 절감하세요.
- 취약한 교체 세라믹 기판 더 나은 기계적 내구성을 제공합니다.
제조 기능(일반적인 프로세스 사양)
| 항목 | 기능 / 사양 |
|---|---|
| 보드 유형 | 알루미늄 기판, 구리 베이스, 철 베이스 |
| 표면 마감 | 이머전 골드(ENIG), 스프레이 주석, 침지 주석, 화학은, OSP |
| 레이어 | 단면, 양면, 4중 레이어 |
| 최대 크기 | 1185mm × 480mm |
| 최소 크기 | 5mm × 5mm |
| 최소 줄/공백 | 0.1 mm |
| 보드 휨 | ≤ 0.5%(두께 1.6mm, 크기 300mm × 300mm의 경우) |
| 처리된 두께 | 0.3 - 5.0mm |
| 구리 두께 | 35µm - 240µm |
| 허용 오차 형성 | ±0.15 mm |
| V 컷 정렬 정확도 | ±0.1 mm |
| 생산 능력 | 7000 m² / 월 |
| 구멍 위치 편차 | ±0.076 mm |
| 허용 오차 형성 예시 | CNC 라우팅 윤곽선: ±0.1mm; 펀치/다이 윤곽선: ±0.15mm |
프로세스 약관 및 설명
- 측면 에칭: 레지스트 패턴 아래의 사이드월에서 발생하는 에칭입니다. 측면 에칭은 측면 에칭 폭으로 측정됩니다. 에칭 유형, 조성, 공정 및 장비에 따라 다릅니다.
- 에칭 팩터: 도체 두께(도금 제외)와 측면 에칭 양의 비율입니다. 에칭 계수 = V / X(V = 도체 두께, X = 측면 에칭). 에칭 계수가 높을수록 측면 에칭이 적습니다. 고밀도 미세 트레이스에는 높은 에칭 계수가 필요합니다.
- 도금 빌드아웃(도금 넓히기): 패턴 도금 시 금속 층이 레지스트보다 두꺼워져 트레이스 폭이 증가할 수 있습니다. 도금 빌드아웃은 레지스트 두께 및 전체 도금 두께와 관련이 있으며 최소화해야 합니다.
- 도금 돌출부(도금 오버행): 도금 빌드아웃과 측면 에칭의 합계입니다. 도금 빌드아웃이 존재하지 않으면 도금 투영량은 측면 에칭 양과 같습니다.
- 에칭 속도: 단위 시간당 식각액에 의해 용해되는 금속의 깊이(일반적으로 µm/min) 또는 주어진 두께를 제거하는 데 걸리는 시간입니다.
- 구리 용해 용량: 주어진 에칭 속도에서 에칭액이 용해할 수 있는 구리의 양입니다. 일반적으로 g/L 단위로 표시됩니다. 각 에칭제는 고정된 구리 용해 용량을 가지고 있습니다.
알루미늄 기판용 패키징(LED 패키징)
LED 패키징 는 LED 칩에 광학, 전기 및 열 성능을 개선할 수 있는 플랫폼을 제공합니다. 좋은 패키징은 LED 효율과 열 방출을 높여 수명을 연장합니다. LED 패키지 설계는 광 추출 효율, 열 저항, 전력 손실, 신뢰성, 비용 효율성(Lm/$)이라는 5가지 핵심 요소를 기반으로 합니다.
모든 요소가 중요합니다. 광학 추출은 루멘당 비용에 영향을 미칩니다. 열 저항은 신뢰성과 수명에 영향을 미칩니다. 전력 손실은 고객 애플리케이션에 영향을 미칩니다. 좋은 패키징은 이러한 요소의 균형을 맞추고 고객의 요구를 충족합니다.
일반적으로 단층 또는 이중층 알루미늄 기판이 방열판으로 사용됩니다. 하나 이상의 칩이 알루미늄(또는 구리) 베이스에 직접 다이 접착됩니다. 칩의 p 및 n 전극은 기판 표면의 얇은 구리 층에 와이어로 결합됩니다. 보드의 칩 수는 필요한 전력에 따라 달라지며, 패키지를 결합하여 1W, 2W, 3W 고전력 LED를 만들 수 있습니다. 마지막으로 광학 설계에 따라 고굴절률 소재를 성형하거나 LED 위에 분사합니다.
알루미늄 베이스 메탈 등급
기판에 사용되는 일반적인 알루미늄 시리즈는 1000, 5000, 6000 시리즈입니다:
- 1000 시리즈: 예시 1050, 1060, 1070. 이들은 거의 순수한 알루미늄(≥ 99% Al)입니다. 생산하기 쉽고 비용이 저렴합니다. 일반 산업에서 널리 사용됩니다.
- 5000 시리즈: 예시 5052, 5005, 5083, 5A05. 알루미늄-마그네슘 합금(Mg ~3-5%)입니다. 밀도가 낮고 인장 강도가 높으며 연신율이 우수합니다. 같은 면적에 비해 무게가 더 가볍습니다. 항공(연료 탱크) 및 일반 산업용으로 사용됩니다.
- 6000 시리즈: 예시 6061. 마그네슘과 Si를 함유한 이 시리즈는 4000과 5000 시리즈의 장점을 결합한 제품입니다. 열처리가 가능하고 내식성이 우수하며 가공 및 코팅 특성이 우수하고 강도가 높습니다. 항공기 부품, 카메라 부품, 커플러, 선박 피팅, 하드웨어, 전자 부품 및 커넥터에 사용됩니다.
LED 알루미늄 기판과 PCB 알루미늄 기판 비교
LED 알루미늄 기판은 LED 산업에 특화되어 있으며 방열판 애플리케이션을 주도해 왔습니다. 높은 열전도율, 낮은 열저항, 긴 수명 및 전압 저항성을 제공합니다. LED 알루미늄 기판은 가전제품 표시등, 자동차 헤드라이트, 가로등, 대형 옥외 간판 등 LED 용도를 확장했습니다.
LED 알루미늄 보드의 열 전도성은 주로 중간 유전체(주로 열 전도성 폴리머 또는 열 접착제)에 따라 달라집니다. 열 전도성, 열 저항 및 내전압은 세 가지 주요 품질 척도입니다. 라미네이션 후 열전도도는 기기로 측정합니다. 세라믹과 구리 소재는 열전도율이 더 높지만 비용 때문에 대부분의 시장에서 알루미늄 기판으로 제한됩니다. 열전도율이 높을수록 일반적으로 더 나은 성능을 의미합니다.
LED 알루미늄 기판은 기본적으로 FR-4 유리-에폭시 대신 알루미늄 합금을 기판 재료로 사용하는 PCB입니다.
알루미늄 기판 가격
생산 기술과 장비의 개선으로 알루미늄 기판 가격은 더욱 합리적으로 변했습니다. 공급업체는 일반적으로 가격을 공개적으로 표시하지 않습니다. 구체적인 견적은 공급업체(예: 이팡 일렉트로닉스)에 문의하세요.
알루미늄 기판의 리드 타임
(A) 주문 계획 참고 사항
- 리드 타임: 프로토타입 제작 3~5일, 대량 생산 5~7일.
- 품질 요구 사항: 고객 세부 정보(크기, 두께, 프로세스, 송장, 배송, 특별 요청)를 명확히 합니다.
- 협력 계획: 후속 물량 주문 또는 장기적인 협력 여부를 확인합니다.
(B) 느린 리드 타임을 단축하는 방법
- 일반적인 알루미늄 소재의 재고를 보관하세요.
- 주간 및 야간 교대 근무를 추가하여 생산 속도를 높이세요.
- 고객과 조정된 배송 날짜를 협상합니다.
높은 열 전도성 알루미늄 기판 및 열 전도성
열전도율은 열 방출을 위한 핵심 매개변수이며 세 가지 주요 품질 지표 중 하나입니다(다른 하나는 열 저항과 전압 내성입니다). 열전도도는 라미네이션 후 측정합니다. 세라믹과 구리는 전도성이 더 높지만 비용 때문에 알루미늄이 주류를 이루고 있습니다. 열전도율은 핵심 파라미터로, 일반적으로 값이 높을수록 성능이 우수하다는 것을 의미합니다.
알루미늄 기판은 우수한 열, 전기 절연 및 기계적 처리 특성을 결합합니다. 알루미늄 기판은 LED 및 기타 전자 설계에 널리 사용됩니다. LED 열 설계는 종종 기판 생산에 중요한 CFD(전산 유체 역학) 시뮬레이션과 기본 열 계산을 사용합니다.
유체 흐름 저항(유압 저항)은 유체 점도와 고체 경계로 인해 발생합니다. 여기에는 흐름 경로를 따른 마찰 저항과 갑작스러운 변화(갑작스러운 면적 변화, 엘보우)에서의 국부 저항이 포함됩니다.
일반적인 LED 방열판 설계 단계:
- 제약 조건 하에서 방열판 프로파일을 설계합니다.
- 방열판 설계 규칙에 따라 핀 두께, 핀 모양, 핀 간격 및 기판 두께를 최적화합니다.
- 계산을 확인하여 냉각 성능이 목표를 충족하는지 확인하세요.
알루미늄 기판용 열 설계
(A) 열 설계가 필요한 이유
고온은 전자기기에 해를 끼칩니다. 절연 성능 저하, 부품 고장, 재료 노후화, 저용융 납땜 접합부 균열, 납땜 접합부 탈락 등입니다.
구성 요소에 대한 온도 영향:
- 온도가 높을수록 저항값이 낮아집니다.
- 높은 온도는 커패시터 수명을 단축시킵니다.
- 고온은 변압기 및 초크 절연을 저하시키며, 허용 온도가 95°C 미만인 경우가 많습니다.
- 과도한 온도는 금속 간 화합물(IMC)을 납땜하여 접합부를 부서지기 쉽고 약하게 만듭니다.
- 접합 온도(Tj)가 높을수록 트랜지스터 이득이 증가하여 컬렉터 전류가 증가하고 Tj가 더욱 증가하여 고장으로 이어질 수 있습니다.
(B) 열 설계의 목표
예상 작업 환경에서 모든 구성품을 최대 정격 온도 이하로 유지하세요. 최대 허용 온도는 스트레스 분석을 통해 결정되며 제품 신뢰성 목표와 각 구성 요소에 할당된 고장률과 일치해야 합니다.
(C) 열 문제에 대한 솔루션
LED 열은 주요 골칫거리입니다. 열전도율이 높은 알루미늄 기판은 열을 효과적으로 배출할 수 있습니다. PCB를 알루미늄 베이스에 가깝게 설계하고 포팅 또는 인캡슐런트로 인한 열 저항을 줄여야 합니다.
알루미늄 PCB의 수리 및 유지보수
PCB 기술자를 위한 일반적인 수리 단계:
- 장애 분석: 보드 결함을 식별하고 범위를 좁힙니다.
- 육안 검사: 입력/출력, 기능 및 제어 영역을 학습합니다.
- 회로 테스트: 초기 테스트를 수행하여 광범위한 결함을 배제하고 수리를 안내합니다.
- 컴포넌트 테스트: 종종 부품을 납땜 제거하고 장비로 테스트하는 경우가 있는데, 이는 외부 기판 외관을 손상시킬 수 있으므로 기술자는 불필요한 제거를 피해야 합니다.
- 장애 복구: 흔적을 수정하거나 부품을 교체하거나 회로를 수정하세요.
- 기능 테스트: 수리된 보드를 테스트하고 전기 점검을 통과한 후 시스템 테스트를 실행합니다.
알루미늄 기판의 폐기물 처리
PCB는 유리 섬유, 에폭시 및 여러 금속 화합물로 만들어집니다. 사용한 알루미늄 보드를 부적절하게 폐기하면 브롬계 난연제 및 기타 발암 물질이 방출되어 심각한 오염과 건강상의 위험을 초래할 수 있습니다. 동시에 폐보드는 금속 함량이 천연 광석의 몇 배에 달할 정도로 경제적 가치가 높습니다. 금속 함량은 주로 구리, 금, 은, 니켈, 주석, 납 및 희귀 금속을 포함하여 10-60%가 될 수 있습니다. 천연 광석 금속 등급은 약 3-5%에 불과합니다.
연구에 따르면 1톤의 컴퓨터 부품에는 금 0.9kg, 플라스틱 270kg, 구리 128.7kg, 철 1kg, 납 58.5kg, 주석 39.6kg, 니켈 36kg, 안티몬 19.8kg, 그리고 팔라듐과 백금이 포함될 수 있다고 합니다. 따라서 폐 PCB는 “개발해야 할 광산”이라고 불립니다.”
조사에 따르면 대부분의 폐 PCB와 프레임 스크랩은 소각 또는 물 세척 처리를 위해 외딴 지역으로 보내져 심각한 2차 오염을 유발합니다:
- 소각은 강한 악취와 독성 브롬화 화합물을 발생시킵니다. 이는 환경 당국에 의해 금지되어 있지만 여전히 외딴 지역에서 발생하고 있습니다.
- 물 세척은 저렴하고 간단하며 널리 사용됩니다. 많은 양의 잔여물(비금속, 보드 무게의 약 80%)이 생성됩니다. 잔여물은 처리하기 어렵기 때문에 많은 회사에서 일반 폐기물로 버립니다.
알루미늄 기판의 응용 분야 및 특징
(A) 애플리케이션 특징
- 열 전도성이 뛰어납니다.
- 단면 구리는 구성 요소를 구리 면에만 배치할 수 있음을 의미합니다.
- 점퍼용 단면 보드와 같은 배선 구멍을 열 수 없습니다.
- 일반적으로 표면 실장 장치에 사용되며 정류기 또는 전원 장치는 베이스를 통해 열을 방출하여 열 저항이 낮고 신뢰성이 높습니다.
- 트랜스포머는 평평한 SMD 모양을 사용하고 베이스를 통해 열을 방출하여 동일한 크기에서 온도 상승을 낮추고 출력을 높일 수 있습니다.
(B) 수작업 납땜 참고 사항
알루미늄 기판은 열을 잘 전도하기 때문에 소규모 수작업 납땜은 납땜을 너무 빨리 식혀 문제를 일으킬 수 있습니다. 실용적인 팁:
- 온도 조절이 가능한 가정용 다리미를 사용하세요. 평평한 면이 위를 향하도록 뒤집어 고정합니다.
- 온도를 150°C 근처로 설정하고 알루미늄 보드를 잠시 데웁니다.
- 그런 다음 정상적으로 부품을 배치하고 납땜합니다. 납땜 온도가 너무 높으면 부품이 손상되거나 구리가 박리될 수 있고, 너무 낮으면 납땜 접합이 제대로 이루어지지 않을 수 있으므로 납땜하기 쉬운 온도를 사용하세요. 필요에 따라 조정합니다.
