使用铝PCB进行热管理 提高散热效果

铝不仅可用于汽水罐

我现在已经三十多岁了，所以我不再喝苏打了，但我知道铝在制作可乐罐之外有很多用途。一种用途是作为热管理材料的PCB核心。铝具有高导热性，当其他被动或主动冷却措施无法使元件温度达到足够低的水平时，可用于将热量从PCB上的有源元件带走。

使用铝PCB进行热管理

有源元件耗散大量功率，因此在CPU或具有大量开关晶体管的其他元件上使用冷却风扇。如果环境温度过高，主动冷却措施仅对将电路板的温度降低到环境水平附近有用。此外，您只能通过主动冷却消散这么多热量。这是需要使用一些额外的策略来消散活性成分的热量的地方。

铝是一种可用于PCB核心的替代材料，通常用不恰当的“铝”来表示PCB”。使用铝作为PCB中的金属芯，由于其高导热性，它可以轻松地从有源元件散热。 PCB中心的铝或其他金属的高导热性使得热量可以更均匀地分布在整个电路板上。

与FR4相比，FR4是一种相对较差的热导体，而不是PCB基板的其他替代材料。 PCB上的热点可以形成接近有源元件，因此使用主动和被动冷却措施来散热并将温度提升到安全水平。有源元件产生的热量也可以使用散热通孔和焊盘从元件层传输到内部接地或电源平面。

在带有FR4芯的电路板中，接地/电源层受限于它们可以在电路板周围传输的热量，因为磁芯具有低导热性。散热通孔和焊盘有助于散热，但通常需要采用其他策略将元件的工作温度降至安全水平。

铝PCB叠层

虽然从制造的角度来看，铝PCB似乎是一个奇怪的选择，但是可以与铝PCB一起使用的叠层实际上类似于可以与FR4基板一起使用的叠层。示例叠加如下图所示：

带铝PCB的示例层叠

铝PCB叠层的设计应考虑以下因素：

表面层：这是标准的铜箔层。有些制造商会建议您使用比FR4上使用的更重的铜（最多10盎司）。

介电层：内部介电层可以是任何用作预浸料的导热层。这可以是聚合物或陶瓷层。选择具有较高导热性的材料，特别是具有高导热率的陶瓷，将有助于热管理，同时还提供足够的绝缘性。介电层的典型厚度为0.05至0.2毫米。

铝膜层：铝膜层起到保护作用，因为它保护铝芯免受不必要的蚀刻。这是一个非常薄的绝缘层，对穿过磁芯的任何过孔起着重要作用（见下文）。

铝芯：内层是铝芯具有高导热性。大多数铝板厚度为0.5毫米，但较厚的板材可用于提供更大的结构稳定性。

请注意，过孔可以通过铝芯钻孔，尽管是铝膜该层将需要覆盖通孔的内部，以便在铜通孔壁和芯之间形成绝缘层。如果您选择使用更厚的铝芯，您的材料成本和制造成本将会增加。

铝PCB的一些应用

因为使用了层压板在铝制PCB中比FR4更快地散热，它们可以用于产生大量热量的各种系统中。一个很好的例子是LED照明阵列。在高功率下工作的SMD LED产生大量的热量。铝芯散发的热量可以迅速将热量从LED中移走，从而延长其使用寿命。

采用SMD LED的照明阵列

薄铝芯PCB甚至可以制造成柔性PCB。静态和动态柔性PCB均可由铝PCB制成。由于陶瓷的延展性比铝低得多，因此它们不应用于柔性铝PCB。因此，聚合物层压板应该用作这些板中的介电层。

铝PCB提供除热管理之外的其他好处。上面提到了刚性和更高的抗弯曲和冲击强度。此外，金属芯提供更好的EMI屏蔽，因此铝PCB也可用于电噪声环境。金属芯也比FR4或其他材料更环保，因为铝是可回收的。