¿Qué son los PCBs de Aluminio?

Un PCB de aluminio es una placa que tiene un núcleo metálico (típicamente de aluminio) que soporta una capa de circuito de cobre. Esta construcción permite que la placa disipe el calor mucho mejor que las placas sin núcleo metálico, lo cual es excelente para sistemas de iluminación LED, equipos de potencia y aplicaciones automotrices.

Estructura de los PCBs de Aluminio

Un PCB de aluminio, o placa de circuito impreso con núcleo metálico (MCPCB), está compuesto por varias capas, cada una con su propio propósito. Aquí está la descripción de estas capas:

• Capa de Cobre: La capa superior del PCB donde se imprime el circuito real. El grosor del cobre puede variar según los requisitos de corriente de la aplicación. Se graba para formar el patrón del circuito que conducirá electricidad.
• Capa Dieléctrica: También conocida como la capa de aislamiento térmico, esta capa es crucial para el rendimiento del PCB. Actúa como una barrera entre la capa de cobre y la base de aluminio, proporcionando aislamiento eléctrico mientras conduce el calor lejos de la capa de cobre. El material utilizado aquí es típicamente un polímero conductor de calor pero aislante eléctrico.
• Base de Aluminio: El núcleo del PCB. La base de aluminio sirve como soporte mecánico para el PCB, pero su función principal es dispersar y disipar el calor generado por los componentes activos en la placa. La elección del aluminio puede variar en aleación y grosor dependiendo del rendimiento térmico requerido.
• Membrana Base de Aluminio (opcional): Algunos PCBs de aluminio pueden incluir una capa protectora delgada en la parte inferior de la base de aluminio para proteger contra rayones, humedad u otros factores ambientales.

Beneficios de los PCBs de Aluminio

Los PCBs de aluminio ofrecen varias ventajas sobre los PCBs tradicionales, haciéndolos una elección popular para aplicaciones específicas.

• Disipación Superior de Calor: Lo principal de los PCBs de aluminio es que pueden disipar calor realmente bien. El aluminio es muy bueno conduciendo calor, por lo que estos PCBs pueden manejar más vatios, lo que hace que los dispositivos duren más y sean más confiables.
• Duradero y Confiable: El aluminio es muy fuerte y resistente, por lo que los PCBs hechos con él son más estables físicamente. Esto hace que los PCBs de aluminio sean excelentes para aplicaciones en ambientes difíciles.
• Costo-Efectivo: Los PCBs de aluminio suelen ser más caros que los PCBs regulares de fibra de vidrio, pero pueden ser más baratos a largo plazo porque duran más y son más resistentes.

Tipos de PCBs de Aluminio

Los PCBs de aluminio, esenciales para manejar el calor en circuitos electrónicos, vienen en varios tipos para adaptarse a diferentes necesidades de aplicación. Aquí están los tipos principales:

• PCBs de Aluminio Multicapa: Estos están construidos de varias capas que contienen dieléctricos conductores de calor. Los diseñadores pueden incrustar múltiples capas de circuitos dentro de estos dieléctricos y usar vías especializadas para conectarlos. Aunque son efectivos en muchos aspectos, no son los mejores transfiriendo calor.
• PCBs de Aluminio Flexibles: Estos PCBs están hechos con un tipo de aluminio flexible, como la aleación 5754, y usan dieléctricos flexibles e innovadores compuestos de resina de poliimida mezclada con rellenos cerámicos. Esta combinación proporciona una excelente aislación eléctrica y conductividad térmica. La placa puede doblarse durante la instalación pero no está diseñada para doblarse continuamente.
• PCBs de Aluminio de Orificio Pasante: En estos PCBs complejos, se perforan previamente agujeros en la base de aluminio y se llenan con un material dieléctrico para crear un núcleo. Esto permite la laminación de materiales térmicos y otras capas de PCB en ambos lados de la base de aluminio. Después de la laminación, se realiza una perforación adicional de manera similar a los PCBs multicapa convencionales, con agujeros que atraviesan las capas de aluminio. Este tipo es el más complejo en términos de construcción.
• PCBs de Aluminio Híbridos: Estos cuentan con una combinación de materiales no térmicos y aluminio. Los fabricantes procesan la parte no térmica por separado y luego la adjuntan a una base de aluminio con materiales térmicamente conductores. Por ejemplo, colocar un PCB FR-4 tradicional sobre una base de aluminio mejora tanto la disipación de calor como la resistencia estructural de la placa.

¿Cuál es la Conductividad Térmica de los PCBs de Aluminio?

El aluminio es una elección popular para los PCBs porque tiene una alta conductividad térmica, lo que significa que puede mover el calor lejos de los componentes sensibles rápidamente. La conductividad térmica del aluminio utilizado en los PCBs puede variar de 1 W/mK a 3 W/mK, dependiendo del tipo de aluminio y cómo se fabrica. El aluminio puro tiene una conductividad térmica de aproximadamente 235 W/mK, que es mucho mayor que las aleaciones utilizadas en los PCBs.

¿Cuál es el Grosor de los PCBs de Aluminio?

Los PCBs de aluminio pueden fabricarse en una variedad de grosores, dependiendo de la aplicación. El substrato de aluminio en sí puede variar de 0.8 mm a 3.0 mm. Sin embargo, también hay opciones para substratos más delgados, tan delgados como 0.5 mm, y substratos más gruesos, hasta 5 mm. El grosor total del PCB, incluyendo la base de aluminio, la capa dieléctrica y el foil de cobre, se ajusta en base a las necesidades térmicas y mecánicas de la aplicación. Esta flexibilidad en el grosor permite una mejor durabilidad y disipación del calor.

¿Cuáles son las Aplicaciones de los PCBs de Aluminio?

Los PCBs de aluminio son particularmente favorecidos en aplicaciones donde la disipación de calor es crucial. Aquí están algunas de las principales áreas de aplicación:

• Iluminación LED: Los PCBs de aluminio se utilizan extensamente en aplicaciones de LED porque reducen el calor que generan los LEDs, prolongando así la vida útil de las luces.
• Fuentes de Alimentación: La capacidad de los PCBs de aluminio para manejar temperaturas más altas los hace ideales para su uso en fuentes de alimentación, donde la generación de calor es significativa.
• Sistemas Automotrices: Los PCBs de aluminio se utilizan en controles electrónicos automotrices, como en unidades de control de motores, debido a su capacidad para soportar altas temperaturas y proporcionar un rendimiento confiable en condiciones difíciles.
• Electrónica de Consumo: Dispositivos como amplificadores de potencia y equipos de audio se benefician de las propiedades eficaces de disipación de calor de los PCBs de aluminio.
• Hardware de Computadora: Los PCBs de aluminio se utilizan en dispositivos de alto rendimiento como placas de CPU y dispositivos de potencia, ayudando en la disipación de calor y mejorando el rendimiento y la longevidad.
• Telecomunicaciones: Se utilizan en equipos electrónicos de comunicación, incluyendo amplificadores de alta frecuencia y aparatos de filtrado, donde la estabilidad térmica es necesaria.