Con il continuo sviluppo della tecnologia elettronica, l'applicazione dei PCB è diventata sempre più diffusa. I PCB sono componenti integrali dei dispositivi elettronici, che svolgono ruoli cruciali in varie applicazioni. Tra questi, il PCB in alluminio e il PCB FR4 (PCB in resina epossidica rinforzata con fibra di vetro) sono due tipi comuni di PCB con differenze significative in termini di materiali, prestazioni e applicazioni. I PCB a base di rame hanno una migliore conduttività termica rispetto ai PCB a base di alluminio. Questo articolo esplorerà le principali differenze tra PCB in alluminio e PCB FR4.
Materiali
Il nome di PCB in alluminio rivela già il suo materiale chiave: l'alluminio. In genere, esiste sotto forma di substrato di alluminio, conferendo al PCB un'eccellente conduttività termica. Uno strato isolante viene solitamente rivestito sul substrato di alluminio per isolare il circuito. Al contrario, il PCB FR4 utilizza un materiale realizzato in resina epossidica rinforzata con fibra di vetro, che ha un'eccellente resistenza meccanica ma una conduttività termica relativamente scarsa. "FR" in FR4 è l'acronimo di Flame Retardant, che soddisfa i requisiti della norma UL 94V-0.
Conducibilità termica
Il PCB in alluminio si distingue come scelta per la conduttività termica. L'alluminio è un eccellente conduttore termico, il che rende i PCB in alluminio molto utili nelle applicazioni che richiedono un'elevata conduzione e dissipazione del calore. Ad esempio, l'illuminazione a LED richiede un'efficiente conduzione del calore perché i componenti a LED che emettono luce generano calore. I PCB in alluminio possono trasferire e dissipare efficacemente questo calore, contribuendo a migliorare le prestazioni e la durata dei LED. Al contrario, il PCB FR4 ha una conduttività termica relativamente scarsa e in genere non è adatto per applicazioni che richiedono un'efficiente dissipazione del calore. Questo, perché FR4 è costituito principalmente da resina epossidica rinforzata con fibra di vetro, che non è un buon conduttore termico.
Coefficiente di dilatazione termica
A causa del problema dell'espansione termica in generale FR-4, in particolare nella direzione dello spessore della scheda, la qualità dei fori metallizzati e delle linee del circuito può essere influenzata. Il motivo principale è che c'è una differenza significativa nel coefficiente di espansione termica nella direzione dello spessore del pannello: il coefficiente di dilatazione termica del rame è 17×10^-6 cm/cm°C, mentre per l'FR-4 è 110×10^-6 cm/cm°C, che è una grande differenza ed è soggetto a differenze nell'espansione termica del materiale di base, portando a rotture nelle linee di rame e nei fori metallizzati, causando danni e compromettendo l'affidabilità del prodotto. Il coefficiente di dilatazione termica dei substrati di alluminio è 50×10^-6 cm/cm°C, che è inferiore a quello della tipica scheda FR-4 e più vicino al coefficiente di dilatazione termica della lamina di rame. Ciò è vantaggioso per garantire la qualità e l'affidabilità dei circuiti stampati. Pertanto, se si desidera ridurre il coefficiente di dilatazione termica (CTR) per la propria applicazione, i substrati in alluminio sono la scelta preferita.
Strati di laminazione
In termini di stratificazione, i PCB in alluminio hanno rigorosamente tre strati, mentre i PCB FR4 possono essere monostrato, doppio strato o multistrato. I tre strati di laminazione di un PCB in alluminio includono il substrato di alluminio, lo strato conduttivo in rame e lo strato dielettrico, rendendolo una scelta adatta per applicazioni esposte ad alte temperature.
Resistenza meccanica e rigidità
Grazie alla sua base con anima in metallo, i PCB in alluminio presentano una maggiore resistenza meccanica e rigidità rispetto all'FR4. Per le applicazioni che richiedono PCB con una grande capacità di ospitare più componenti elettrici, i PCB in alluminio sono un'alternativa migliore. Lo strato di substrato di alluminio nel PCB fornisce una resistenza eccezionale ai componenti.
Spessore
Un aspetto in cui i PCB FR4 superano i substrati di alluminio è lo spessore della scheda. I PCB FR4 offrono PCB spessi, con spessori variabili a causa della laminazione multistrato. Tuttavia, l'intervallo di spessore dei PCB in alluminio è relativamente inferiore a causa dello spessore del dielettrico o dello strato metallico di supporto. Il merito va alla piastra di supporto, poiché il componente più spesso nei PCB in alluminio viene utilizzato per un'ulteriore dissipazione del calore.
Applicazioni
Diversi tipi di PCB sono adatti a diverse applicazioni. I PCB in alluminio sono tipicamente utilizzati in applicazioni che richiedono un'elevata conduttività termica e conduttività elettrica. Oltre all'illuminazione a LED, trovano ampio impiego nei moduli di potenza, nelle applicazioni RF ad alta potenza, nell'elettronica automobilistica e altro ancora. I PCB FR4 sono generalmente utilizzati nei comuni circuiti elettronici, soprattutto in applicazioni che non richiedono un'elevata conducibilità termica. La resistenza meccanica e le proprietà di isolamento elettrico dei PCB FR4 li rendono adatti a molti dispositivi elettronici comuni. In alcuni casi particolari, è disponibile un TG FR4 (High Glass Transition Temperature FR4) elevato, che ha una temperatura di transizione vetrosa più elevata, che gli consente di rimanere stabile a temperature più elevate. Questo, lo rende più adatto per applicazioni con requisiti di temperatura specifici.
In sintesi, le differenze tra PCB in alluminio e PCB FR4 sono significative in termini di materiali, conduttività termica, coefficiente di dilatazione termica, stratificazione, resistenza meccanica e rigidità, spessore e applicazioni. La scelta del giusto tipo di PCB per un'applicazione specifica è fondamentale in quanto influisce direttamente sulle prestazioni e sulla stabilità dei dispositivi elettronici. I PCB in alluminio sono adatti per applicazioni che richiedono un'elevata conduttività termica e conduttività elettrica, mentre i PCB FR4 sono adatti per circuiti elettronici generali. Comprendere queste differenze può aiutare ingegneri e progettisti a fare scelte informate per soddisfare le esigenze dei loro progetti. Inoltre, se hai bisogno di PCB con spessori diversi, i PCB FR4 sono la scelta migliore. Tuttavia, se si desidera selezionare PCB con una forte schermatura elettromagnetica e capacità di dissipazione del calore, optare per PCB in alluminio.
Link all'articolo originale: The Difference between Aluminum PCB and FR4 PCB
