PCB en aluminium vs FR4 : principales différences et applications

Introduction

Parlons des principales différences et applications des PCB en aluminium par rapport à FR4Il existe de nombreux PCB utilisés dans l'électronique moderne en fonction de votre projet et de votre conception. Les types de PCB les plus utilisés sont les PCB en aluminium et les PCB FR4. Il est essentiel de choisir vos circuits imprimés (PCB) appropriés, car la sélection du matériau peut grandement améliorer les performances, l'efficacité et les procédures de production. L'objectif principal et les caractéristiques de ces deux PCB sont d'assurer une gestion thermique qui garantit la fiabilité et les performances globales de votre appareil électronique. Cet article parlera de leurs principales différences, de leur processus de fabrication, de leurs avantages et de leurs inconvénients qui vous aideront à prendre une décision factuelle dans le choix du meilleur matériau PCB adapté à votre projet.

Comprendre les PCB en aluminium

Qu’est ce qu' Carte d'aluminium?

Gardons les choses simples, c'est exactement ce qu'il dit : un circuit imprimé en aluminium, également connu sous le nom d'aluminium. verre époxy circuit imprimé en tissu. Il est principalement construit à partir d'un substrat en aluminium qui assure la conductivité du système. Les PCB en aluminium possèdent souvent un substrat métallique avec un matériau de base en aluminium. Ce noyau est constitué de quatre couches : une feuille de cuivre, une couche diélectrique, une base en aluminium et une couche isolante sont élaborées de la manière suivante. Toutes ces couches se combinent donc dans le processus de séparation électrique du circuit. Les PCB en aluminium sont principalement utilisés là où une dissipation thermique est requise. Parce que ces matériaux sont brillants en matière de dissipation thermique. Certaines des applications courantes de ces films sont les systèmes, l'éclairage LED et source de courant applications.

LUMIÈRE SUR NOS FR4

Qu’est-ce que FR4 ?

Un autre type de PCB populaire pour sa résistance mécanique et ses propriétés d’isolation électrique est appelé carte de circuit imprimé FR4. Il est fabriqué à partir d'une résine époxy renforcée de fibres de verre, mais étant donné qu'il possède une grande résistance mécanique et une grande isolation électrique, son inconvénient est une mauvaise conductivité thermique. Le nom FR-4 signifie Ignifuge tout en indiquant le respect des UL94V-0 capacité standard. Il offre un équilibre entre durabilité, isolation et rentabilité, ce qui le rend compatible avec une gamme d'applications allant de l'électronique grand public aux équipements industriels.

Types de PCB en aluminium

Types de PCB en aluminium Les PCB en aluminium sont de plus en plus populaires en raison de leur résistance et de leurs propriétés de transfert de chaleur. Les types courants incluent simple face, double face, traversant, noyau métallique et céramique.

1. Simple face: Ils sont idéaux pour des utilisations simples comme l’éclairage LED.
2. Double-Sided: Peut gérer des conceptions de circuits complexes.
3. À travers le trou: Plus stable mécaniquement et est utilisé dans des industries fiables comme l’automobile et l’industrie.
4. Noyau métallique: Combine l'aluminium, le cuivre et une couche diélectrique pour une isolation électrique supérieure et une réduction de la chaleur
5. Céramique: Combinez la céramique et le métal pour une résistance durable à l’électricité et à la chaleur.

 Types de FR-4

Il n’existe pas d’approche universelle avec FR-4. Il existe de nombreuses variantes, chacune conçue pour répondre à des exigences particulières du secteur électronique. Examinons les principaux types :

1. Norme FR-4 – le cheval de bataille de l'industrie des PCB, offre : – Une résistance thermique de 140°C à 150°C – Des performances équitables pour la majorité des applications électroniques courantes – Une option économique pour les cartes de circuits imprimés à usage général
2. Haute TG FR-4 – s'intensifie lorsque la chaleur est allumée : – Température de transition vitreuse (TG) élevée d'environ 180°C – Parfait pour les applications exposées à des températures plus élevées – Préserve l'intégrité structurelle dans les zones aux exigences plus élevées
3. CTI élevé FR-4 – Concernant les circuits devant supporter des tensions plus élevées : Plus de 600 Volts est la valeur du Comparative Tracking Index (CTI). – Résilience accrue contre les dysfonctionnements électriques dans les environnements humides – Adapté aux situations nécessitant une haute tension ou une fiabilité élevée
4. FR-4 sans cuivre laminé – Moins c’est plus dans certaines situations.
5. Matériau FR-4 entièrement sans revêtement en cuivre – Convient à la fabrication de supports de cartes et de plaques isolantes – Offre une liberté pour des conceptions uniques et des applications non conductrices

En pesant des aspects tels que la rentabilité, les caractéristiques électriques et les performances thermiques, les ingénieurs et les fabricants peuvent choisir le meilleur matériau pour leurs exigences uniques en matière de PCB en connaissant les différentes variétés de FR-4.

PCB en aluminium vs FR4 Les principales différences

Comprendre la différence entre ces deux types de circuits imprimés est crucial pour garantir la fiabilité et le bon fonctionnement de votre application. Voici les principales différences entre les PCB en aluminium et le FR-4 :

Composition du matériau

La composition matérielle des PCB en aluminium et des PCB FR-4 diffère à bien des égards, en fonction de leurs propriétés et de leurs applications.

PCB en aluminium ou parfois appelés noyaux métalliques. L'un peut avoir un substrat en fibre de verre et l'autre peut avoir un noyau métallique thermoconducteur, par exemple dans le cas des PCB. Il peut être construit en aluminium ou en cuivre-aluminium ou même en cuivre-aluminium qui est le plus populaire. En raison de sa composition, ce noyau métallique devient la pièce de dispersion de la chaleur qui distribue la chaleur développée à travers les composants de puissance. L'aluminium possède également une couche isolante qui est généralement recouverte et superposée sur le substrat métallique, ce qui contribue à protéger le circuit.

PCB FR4, d'autre part, ils ont un noyau en fibre de verre tissé immergé dans de la résine époxy, garantissant des propriétés d'isolation électrique supérieures. Son noyau est fabriqué à partir dudit tissu en fibre de verre tissé, de ce fait, il offre une intégrité structurelle et des points forts mécaniques exceptionnels. C’est un composant nécessaire car il apporte rigidité et durabilité.

Comparaison des couches :

Structure du PCB en aluminium :

– un motif 3 couches qui reste en place :

1. Copper
2. Diélectrique (centre)
3. Base en aluminium

– Idéal pour les utilisations à haute température

Structure du PCB FR4 :

– Choix de superpositions flexibles :

1. Une seule couche
2. Deux couches
3. Plusieurs couches (4, 6, 8+)

– Construction simple avec deux côtés :

1. Copper
2. FR4 (au milieu)
3. Cuivre (en bas)

– Peut être utilisé pour de nombreuses tâches électriques.

Qu'est ce qui est different?

1. Options de superposition : le FR4 peut changer, l'aluminium reste le même
   2. Gestion de la chaleur : l’aluminium est meilleur
   3. Gamme d'utilisations : FR4 est plus flexible
   4. Complexité du circuit : FR4 vous permet de faire des plans avec plus de détails

Choisissez en fonction des besoins de votre projet, tels que la quantité de chaleur à évacuer, la complexité du câblage et l'endroit où il sera utilisé.

Performance thermique of PCB en aluminium contre FR4

Les performances thermiques jouent également un rôle important dans la sélection du PCB parfait pour votre application électronique. Nous devrions en tenir compte en particulier si l'application est sensible à la chaleur, comme les LED, les applications automobiles et les appareils alimentés en énergie. Cela dit, les circuits imprimés en aluminium excellent dans la gestion thermique en raison de leur conductivité thermique élevée. Sa bobine en aluminium agit comme un dissipateur thermique qui permet une dissipation efficace de la chaleur pour les applications qui accumulent de la chaleur lors de leur utilisation.

En comparaison, les PCB FR4 sont dotés d'une résine époxy renforcée de verre et ont une conductivité thermique limitée (environ 0.25 W/mK). Même s'ils sont adaptables et rentables pour la plupart des applications, ils ne sont pas aussi efficaces que les PCB en aluminium en termes de conductivité thermique. Si vous décidez d'utiliser dans votre conception des PCB FR4 ayant des applications à haute puissance ou sensibles à la chaleur, vous pouvez envisager d'ajouter des techniques de gestion thermique de sécurité.

Propriétés mécaniques de PCB en aluminium contre FR4

Les PCB en aluminium sont connus pour leur durabilité et leur rigidité, surpassant les cartes FR4 grâce à leur base à noyau métallique. Ils offrent une résistance qui en fait un choix privilégié pour les applications nécessitant des composants robustes. Les ingénieurs optent souvent pour les PCB en aluminium dans des conceptions qui privilégient la durabilité et l'efficacité de l'espace, car la robustesse inhérente des couches d'aluminium garantit leur fiabilité dans certaines conditions.

Propriétés électriques of PCB en aluminium contre FR4

• Les cartes en aluminium ont une conductivité 50 fois supérieure à celle du FR-4 ordinaire avec 1 once de cuivre, ce qui indique une gestion du courant supérieure.
• Les PCB métalliques peuvent gérer des niveaux de courant que les cartes FR-4 ont du mal à gérer, avec plus de 250 A/cm2.
• Le revêtement en fibre de verre du FR-4 offre une protection supérieure, empêchant les signaux électriques de traverser les lignes.
• Le FR-4 est meilleur pour les utilisations à haute fréquence en raison de sa trajectoire à faible perte, réduisant ainsi la perte de signal et le bruit.
• L'aluminium est idéal pour les cartes gérant une puissance élevée, mais le FR-4 peut être préféré pour la pureté du signal.

Considérations de coûts of PCB en aluminium contre FR4

• Matières premières: Les noyaux en aluminium coûtent 5 à 10 fois plus cher que les stratifiés FR-4.
• Processus de fabrication: Des étapes supplémentaires telles que l'anodisation, la gravure chimique et le perçage laser augmentent le coût global.
• Portion: Le processus difficile de production de PCB en aluminium peut entraîner une diminution du nombre de cartes utilisables par lot, ce qui augmente le coût par carte.
• Économies d'échelle: La fabrication du FR-4 est vaste à l’échelle mondiale, ce qui réduit les coûts.
• Performances accrues : Les PCB en aluminium peuvent constituer un excellent choix pour les applications haute puissance ou haute fréquence pour lesquelles le FR-4 n'est pas adapté.

Variante d'épaisseur  of PCB en aluminium contre FR4

FR4 PCB offre une flexibilité dans l'épaisseur des cartes grâce à leur processus de stratification des couches permettant la création de cartes plus grandes, pour des besoins spécifiques. Alors que les PCB en aluminium sont limités par leurs couches métalliques, leur plaque de support substantielle dissipe efficacement la chaleur. Malgré ces limitations, les deux matériaux présentent des avantages et des inconvénients en termes d'épaisseur de planche, soulignant l'importance de trouver l'équilibre pour votre cas d'utilisation.

Considérations environnementales de PCB en aluminium contre FR4

Les PCB FR4 et aluminium laissent chacun leur empreinte sur l’environnement. L'aluminium brille en matière de recyclage et de gestion de la chaleur, mais se heurte à une production d'énergie élevée. FR4 revendique sa longévité mais se heurte à des obstacles en matière de recyclage.

Choisir l’option la plus verte n’est pas simple. Pensez-y comme si vous choisissiez entre un vélo et un scooter électrique : les deux ont des avantages et des inconvénients. Le vrai gagnant ? La planche fonctionne bien et dure.

Lorsque vous décidez entre l'aluminium et le FR4, tenez compte de :

1. Besoins en performances
2. Durée de vie prévue
3. Impact environnemental

Parfois, le meilleur choix pour votre projet s’aligne sur le respect de l’environnement. Il s'agit de trouver un équilibre entre fonctionnalité et durabilité dans le monde des circuits imprimés.

N'oubliez pas que le PCB le plus écologique est celui qui fait son travail efficacement pendant le plus longtemps. Choisissez judicieusement !

Tendances futures de la technologie des PCB

Les PCB en aluminium auront un impact important sur l'avenir de la technologie des PCB de plusieurs manières importantes :

• Meilleur contrôle de la chaleur pour les gadgets puissants.
• Les modèles portables et mobiles sont légers et durent longtemps.
• De meilleures performances pour la 5G et d’autres nouvelles technologies de communication.
• Dissipation thermique efficace pour l'électronique de puissance dans les secteurs de l'automobile et des énergies renouvelables.
• Soutenir des processus de fabrication durables et circulaires.
• Rentabilité améliorée grâce aux progrès de la production et de l’adoption.

Les PCB FR4 continueront à jouer un rôle important dans l’avenir de l’électronique :

• Ils sont rentables en raison du faible coût des matériaux et des techniques de production bien établies.
• Liberté de conception pour les configurations de circuits imprimés multicouches complexes.
• Isolation électrique supérieure pour les systèmes haute tension et les circuits analogiques délicats.
• Le potentiel de conceptions hybrides combinant les atouts de l’aluminium et du FR4.
• Une chaîne d'approvisionnement stable et fiable grâce à une infrastructure industrielle bien établie.

Les PCB en aluminium et FR4 vont changer la technologie des PCB. L'aluminium est excellent pour gérer la chaleur, créer des conceptions légères et fonctionner correctement à hautes fréquences. Les PCB FR4 sont populaires car ils sont bon marché, faciles à concevoir et ont un historique de succès. Les deux matériaux seront capables de s’adapter aux besoins changeants du secteur technologique.

Valeurs CTR de PCB en aluminium contre FR4

Il existe une plus grande différence entre les PCB FR4 et aluminium concernant leur coefficient de dilatation thermique. Pour le FR4, le coefficient de dilatation thermique est de 110×10^-6 cm/cm-°C tandis que celui du cuivre est de 17×10^-6 cm/cm-°C. Cette grande différence peut rendre le PCB moins fiable en raison des contraintes exercées sur les pistes en cuivre ou provoquer la rupture des trous métalliques. Les PCB en aluminium sont préférés car ils présentent des différences CTE moindres. Cela signifie effectivement que les problèmes associés à la dilatation thermique sont peu susceptibles de se produire ; ils s'avèrent ainsi parfaits pour les utilisations qui nécessitent un contrôle de température à la fois fiable et stable.

Application des PCB FR4

En raison de leur prix abordable, de leurs caractéristiques électriques et de leurs performances, certaines des principales applications des PCB FR4 comprennent :

1.  Electronique grand public: normalement utilisé avec des appareils à faible consommation comme les ordinateurs portables, les téléviseurs, les téléphones portables et autres appareils électriques.
2.  Matériel informatique : d'autres appareils associés sont bien adaptés au FR4 pour les cartes mères, les cartes vidéo et les modules de mémoire hautes performances.
3.  Appareils utilisant Internet : appareils portables et autres petits capteurs à faible consommation FR4
4.  Communications RF/sans fil : les chaînes de signaux RF sont possibles car les caractéristiques électriques sont stables à des fréquences de plusieurs gigahertz.
5.  Commandes industrielles – gamme basse à moyenne : offre le meilleur rapport qualité-prix dans les applications industrielles où les conditions de puissance et de température ne sont que modérées.

Application des PCB en aluminium

Les PCB en aluminium fonctionnent très bien dans de nombreuses situations où ils doivent garder la chaleur sous contrôle et fonctionner de manière fiable dans des conditions difficiles. Certains d'entre eux sont :

• Idéal pour les systèmes d’éclairage LED car il élimine rapidement la chaleur.
• Fiable à haute température dans l'électronique de puissance.
• Fonctionne dans la technologie pour les voitures et les engins spatiaux, même à des températures très élevées ou très basses.
• S'assure que les machines et les contrôles de l'usine sont mécaniquement solides.
• Gère un nombre élevé de composants et de charges thermiques dans télécommunications Infrastructure.
• Le meilleur choix pour les utilisations qui doivent bien supporter la chaleur et durer longtemps.

Choisir entre un PCB en aluminium et un FR4

Vous pouvez choisir parmi deux options principales pour les circuits imprimés, les PCB en aluminium et le FR4. Choisissez des PCB en aluminium lorsque vous travaillez sur un projet qui nécessite une résistance à la chaleur ou la capacité de contrôler le rayonnement électromagnétique. Il peut être considéré comme le champion ultime dans le domaine des PCB, en particulier pour les applications complexes. DEL configurations ou unités de traitement de vos systèmes électroniques automobiles. Maintenant, si vous travaillez sur quelque chose qui nécessite que vous soyez plus flexible, vous voulez dire quelque chose qui peut être transporté et laissé dans la poche ou sur un bureau. C'est là que FR4 montre ses capacités. Vous pouvez modifier la taille de l'objet en fonction de vos besoins car il est flexible. Si vous êtes prudent quant à vos dépenses (et presque tout le monde le fait ces jours-ci), FR4 pourrait être le meilleur choix, car FR4 est hautement adaptable et rentable. Si votre projet nécessite une tolérance à haute température et de solides performances, choisissez l'aluminium.

FAQ - Foire Aux Questions

Quel est le meilleur choix pour un panneau à noyau en aluminium à grand courant ou FR4 avec plus de couches ?

Les PCB à noyau en aluminium présentent d'excellentes caractéristiques pour gérer des courants électriques importants en raison de leur conductivité thermique supérieure ainsi que de leur capacité de dissipation de chaleur. Cependant, la contrainte du nombre de couches entrave la capacité de produire des circuits complexes et des interconnexions de signaux. Les PCB FR4 multicouches sont polyvalents à des fins de conception dans la mesure où ils peuvent prendre en charge des pistes/plans de cuivre plus grands, pour obtenir de meilleures caractéristiques de gestion du courant et une meilleure intégrité du signal. Ils sont plus avantageux en termes de coût que les techniques de contact, en particulier pour la production industrielle, bien qu'ils ne soient peut-être pas aussi efficaces pour le contrôle Température du PCBAlors que les circuits imprimés à noyau en aluminium conviennent aux applications monocouches équivalentes, les circuits imprimés FR4 multicouches sont plus adaptés lorsque les configurations sont complexes, que le nombre de couches est plus élevé ou que le coût est un facteur.

Le FR4 est-il un isolant thermique ?

Le FR4 peut être considéré comme un isolant thermique. Il est également électriquement isolant, possède de faibles coefficients de dilatation thermique et est relativement peu coûteux. Dans un circuit, il constitue également une barrière afin que deux plans de cuivre ne puissent pas entrer en contact. L’un des points forts du FR4 est sa résistance à la chaleur.

Pouvez-vous souder des composants directement sur un PCB en aluminium ?

La réponse ici est non. Si vous le soudez directement sur de l'aluminium, cela peut entraîner des problèmes métallurgiques tels que souder vides, dissolution de l'aluminium dans la soudure et, dans le pire des cas, oxydation. Les ingénieurs installent généralement des plots de cuivre qui se posent sur les couches externes, où les composants sont placés et soudés. Certains revêtements protecteurs peuvent également être ajoutés, comme du nickel ou de l'or, de manière sélective sur les zones à souder.

Les PCB en aluminium sont-ils sujets à la corrosion ?

Oui, c'est vrai, lorsqu'il est exposé à l'humidité, l'aluminium nu a tendance à présenter une oxydation en surface et corrosion. C'est pourquoi les substrats PCB doivent avoir des couches protégées telles que des laques, des couches d'anodisation ou des revêtements conformes. Cela sert de bouclier de protection contre les environnements difficiles.

Conclusion

Lorsque vous envisagez des circuits imprimés, vous pouvez choisir parmi deux options principales : PCB en aluminium et FR4. Si vous travaillez sur un projet qui nécessite une résistance à la chaleur ou la capacité de contrôler le rayonnement électromagnétique, choisissez le PCB en aluminium. Surtout pour les configurations LED complexes ou les unités centrales des systèmes électroniques de votre véhicule. Maintenant, si vous travaillez sur quelque chose qui nécessite de la flexibilité, quelque chose qui peut être transporté et laissé dans la poche ou sur un bureau. C'est là que FR4 brille et montre sa spécialisation. Vous pouvez modifier la taille de l'objet en fonction de vos besoins car il est flexible. Si vous êtes prudent quant à vos dépenses, FR4 pourrait être le meilleur choix, car FR4 est hautement adaptable et rentable. Si votre projet nécessite une tolérance à haute température et de solides performances, choisissez l'aluminium. Choisir le meilleur matériau pour votre projet est crucial pour obtenir des résultats optimaux et assurer la longévité de vos appareils électroniques.