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PCBGOGOによるアルミ基板のご紹介
72 0 Jun 13.2022, 10:41:24


アルミ基板は、導電性の誘電体材料の薄い層を含むプリント基板です。アルミクラッド材、アルミニウム基、MCPCB(メタルクラッドプリント基板)、IMS(絶縁金属基板)、熱伝導性プリント基板などとも呼ばれています。アルミ基板は1970年代に開発され、その後すぐに飛躍的に用途が拡大しました。最初のアプリケーションは、増幅法ハイブリッドICでの使用でした。現在大規模に使用されているため、アルミ基板とその重要性を理解しなければなりません。

 

アルミ基板の構造

アルミ基板は、アルミニウムベース層のCCL(CCLはプリント基板の基材の一種)です。アルミ基板は、実際にはFR4基板に非常に似ています。アルミ基板の基本構造は4層です。銅箔層、誘電体層、アルミベース層、アルミベース膜から構成されています。


 

 

銅箔層:使用される銅の層は、通常のCCL(1オンス?10オンス)よりも比較的厚くなります。銅の層が厚いということは、それだけ電流容量も大きいということです。

誘電体層:誘電体層は熱伝導性のある層です。厚さは約50μm?200μmです。熱抵抗が小さく用途に適しています。

アルミベース層:第3の層は、アルミ基板からなるアルミニウムベース層です。高い熱伝導性があります。

アルミベース膜:アルミベース膜は選択性です。

アルミの表面を削ったり、不要なエッチングから守る保護膜の役割を担っています。2種類のタイプがあります。120度以下または250度以下(高温対策品)

 

アルミ基板の性能

 

 

熱分散:アルミ基板の放熱性能は、通常のFR4プリント基板と比較してみると非常に優れています。

例えば厚さ1.5mmのFR4プリント基板の熱抵抗は、1ワットあたり20?22度ですが、厚さ1.5mmのアルミ基板の熱抵抗は1ワットあたり1?2度です。

熱膨張:物質にはそれぞれ熱膨張係数があります。アルミニウム(22ppm/C)と銅(18ppm/C)の熱膨張係数は非常に近いのです。

また、アルミ基板は放熱性に優れています。そのため、激しい膨張や収縮の問題はありませんので、耐久性?信頼性に優れています。

 

 

寸法安定性:アルミ基板は寸法安定性があるため、サイズが安定しています。例えば30~140℃に加熱した場合、寸法は2.5~3.0%の変化しかありません。

その他:電力用半導体素子の表面実装技術に使用できます。回路設計の熱膨張に優れているため、回路設計への使用に効果的です。また、製品の保存期間や出力密度を延ばすことにも役立ちます。加えて信頼性も非常に高いのです。製品全体の体積を小さくすることができ、より安価な点も魅力のひとつです。そして、電磁シールドと高い絶縁耐力を示します。

 

アルミ基板の分類

アルミ基板は、基本的に3つのカテゴリに分かれています。

1:ユニバーサルアルミ基板:ここで使用される誘電体層は、ガラス繊維強化樹脂プリプレグで構成されています。

2: 高い熱伝導性のアルミ基板:誘電性の層はエポキシ樹脂から構成されています。使用される樹脂は、高い熱伝導性が必要です。

3: 高周波アルミ基板:誘電体層は、ポリオレフィンかポリイミド樹脂のガラス繊維プリプレグで構成されています。

 

アルミ基板の製造の難しさ

すべてのアルミ基板の製造工程は、基本的にほぼ同じです。ここでは主な製造工程、困難さとその解決策をご説明します。

銅のエッチング:アルミ基板に使用される銅箔は、比較的厚みがあります。しかし、銅箔が3オンスを超えると、エッチングの際に幅の補正が必要です。この幅補正が設計の要求通りでない場合、エッチング後のトレース幅が公差外になってしまいます。このため、トレース幅の補正は正確に設計しなくてはいけません。また製造工程においても、エッチングの要因を管理しないといけません。


 


ソルダーレジスト印刷:銅箔が厚いため、アルミ基板のソルダーレジスト印刷には困難が伴います。なぜかというと、トレース銅が厚すぎると、エッチングされた画像がトレース表面とベースとなる基板の間に大きな差を生じ、ソルダーレジスト印刷が困難になるからです。そのため、ソルダーレジスト印刷は2回に分けて行います。使用するソルダーレジストに用いるオイルは良質なものを使用し、樹脂充填を予め行い、その後ソルダーレジストを行う場合もあります。


 

機械的製造:機械的製造工程では、内部のビアに残された機械的なドリル、成形、V-scoringなどが含まれます。これは電気的強度を低下させる傾向があります。そのため、少量生産の場合は電動フライス盤や、プロ用フライス盤を使用しないといけません。バリの発生を防ぐために、穴をあける条件を調整する必要があります。そうすることで機械工学に役立ちます。

 

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