بردهای مدار چاپی آلومینیومی ENIG دو لایه: ساختار، مزایا و کاربردها برای الکترونیک با کارایی بالا

در دنیای الکترونیک با قدرت بالا و دقت بالا، از نورپردازی LED تا سنسورهای خودرو، دو نیاز حیاتی اغلب با هم برخورد می کنند: مدیریت گرمای کارآمد و اتصال قابل اعتماد جوش.PCB های FR-4 سنتی با فرآوری پایه (e.g., HASL) برای برآورده کردن هر دو تلاش می کنند و منجر به شکست زودرس یا عملکرد ناسازگار می شوند.یک محلول ترکیبی که رسانایی حرارتی یک هسته آلومینیومی را با مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت سولدر شدن یک پایان طلا غوطه ور شدن نیکل بدون برق (ENIG) ترکیب می کند. این تخته ها برای برتری در محیط های سخت طراحی شده اند، و آنها را به یک انتخاب برتر برای مهندسان که اولویت دوام، بهره وری حرارتی و قابلیت اطمینان طولانی مدت می دانند، تبدیل می کنند.

این راهنما همه چیزهایی را که شما باید در مورد PCB های دو لایه ای آلومینیوم ENIG بدانید را تجزیه می کند: ساختار لایه دار آنها، مزایای کلیدی در برابر سایر انواع PCB، کاربردهای دنیای واقعی،و چگونه به انتخاب تامین کننده مناسباین که آیا شما در حال طراحی یک نور 50W LED یا یک ماژول ADAS خودرو هستید، درک این تخته ها به شما کمک می کند تا الکترونیک هایی را بسازید که حتی در شرایط سخت به طور مداوم کار می کنند.ما همچنین نشان می دهیم که چرا همکاری با متخصصان مانند LT CIRCUIT تضمین می کند که PCB های شما با استانداردهای سختگیرانه صنعت برای کیفیت و انطباق مطابقت داشته باشند..

نکات کلیدی
1بهره وری حرارتی: هسته آلومینیومی 100 ٪ 200 W / m · K هدايت حرارتی 500 برابر بهتر از FR-4 ٪ را در زیر 80 ° C نگه می دارد.
2قابلیت جوش و دوام: پایان ENIG (نیکل + طلا) 12 ماه عمر ، مقاومت در برابر خوردگی و مفاصل جوش قابل اعتماد برای اجزای باریک (0.4 میلی متر BGA) را فراهم می کند.
3قدرت مکانیکی: هسته آلومینیوم در برابر انحراف و ارتعاش مقاومت دارد و PCB های 2 لایه ENIG را برای کاربردهای خودرو، صنعتی و بیرونی ایده آل می کند.
4.کارایی هزینه: عملکرد و بودجه را متعادل می کند. ارزان تر از PCB های آلومینیومی چهار لایه یا جایگزین های سرامیکی در حالی که FR-4 را در معیارهای مهم از خود فراتر می برد.
5انطباق: مطابق با استانداردهای RoHS، IPC-6013 و UL است که سازگاری با مقررات جهانی الکترونیک برای دستگاه های مصرفی، خودرو و پزشکی را تضمین می کند.

PCB ENIG آلومینیومی دو لایه چیست؟
PCB ENIG دو لایه آلومینیومی یک صفحه مدار تخصصی است که شامل دو لایه مس رسان ، یک هسته آلومینیومی حرارتی ، یک لایه دی الکتریک عایق و یک سطح ENIG است.بر خلاف PCB های استاندارد FR-4 (که به زیربناهای غیر رسانا متکی هستند) یا PCB های آلومینیومی تک لایه ای (حدود به مدارهای اساسی)، این طراحی ترکیبی منحصر به فرد از عملکرد حرارتی، پیچیدگی مدار و قابلیت اطمینان طولانی مدت را ارائه می دهد.

ساختار هسته ای: شکستن لایه به لایه
هر جزء از PCB های دو لایه ای آلومینیومی ENIG دارای یک هدف حیاتی است، از مدیریت حرارتی تا عایق برق.هر لایه، با مشخصات متناسب با کاربردهای با عملکرد بالا:

انتخاب مواد مهم
a. درجه هسته آلومینیوم: 6061 رایج ترین است (برابر رسانایی: 155 W / m · K و قدرت) ؛ 5052 برای کاربردهای بیرونی (مقاومت بهتر در برابر خوردگی) استفاده می شود.
b. مواد دی الکتریک: اپوکسی برای استفاده در محیط های داخلی مقرون به صرفه است (به عنوان مثال لامپ های LED) ؛ پلی آمید برای محیط های با دمای بالا ترجیح داده می شود (به عنوان مثال، زیر هود خودرو، -40 °C تا 200 °C).
c.ENIG ضخامت: نیکل (حداقل 5μm) از انتشار مس در جوش جلوگیری می کند؛ طلا (حداقل 0.05μm) مقاومت در برابر خوردگی و جوش پذیری را تضمین می کند.

چرا PCB های دو لایه آلومینیوم ENIG از PCB های دیگر بهتر عمل می کنند؟
برای درک ارزش آنها، PCB های دو لایه ای آلومینیوم ENIG را با دو جایگزین رایج مقایسه کنید: PCB های FR-4 (با پایان HASL) و PCB های آلومینیوم تک لایه ای (باجدول زیر شکاف های کلیدی عملکرد را برجسته می کند:

نمونه ای از عملکرد واقعی
یک نور 50W LED با استفاده از یک PCB ENIG دو لایه آلومینیومی دمای اتصال (Tj) 75 °C در مقابل 120 °C برای یک PCB FR-4 و 95 °C برای یک PCB آلومینیومی تک لایه را حفظ می کند.این کاهش 45 درجه سانتیگراد در Tj طول عمر LED را از 30 تا 30 سال افزایش می دهد.،000 تا 80,000 ساعت ، در حالی که پایان ENIG اطمینان حاصل می کند که مفاصل جوش از طریق 500+ چرخه حرارتی (معمول در روشنایی تجاری) دست نخورده باقی می مانند.

مزایای اصلی PCB های دو لایه ای آلومینیوم ENIG
محبوبیت PCB های دو لایه آلومینیومی ENIG ناشی از چهار مزیت اصلی است که نقاط دردسر در الکترونیک با عملکرد بالا را حل می کند: مدیریت حرارتی، قابلیت جوش، دوام،و انعطاف پذیری طراحی.

1. مدیریت حرارتی برتر: نگه داشتن اجزای خنک
گرما علت شماره یک خرابی قطعات در الکترونیک با قدرت بالا است. PCB های دو لایه آلومینیومی ENIG این مشکل را با سه مزیت حرارتی حل می کنند:

a.حرارتی فروپاشی هسته آلومینیوم: هسته آلومینیوم جامد به عنوان یک بخارگر داخلی عمل می کند و گرما را به جای تمرکز آن در نقاط داغ در سطح صفحه پخش می کند. به عنوان مثال،یک آرایه LED 30W بر روی یک PCB آلومینیومی 2 لایه دارای حداکثر دمای 82 °C ≈ 28 °C سردتر از همان آرایه بر روی FR-4 است.
b.کارایی لایه دی الکتریک: دی الکتریک های با عملکرد بالا (به عنوان مثال،پلی آمید با رسانایی حرارتی 3 W/m·K) انتقال گرما از آثار مس به هسته آلومینیوم 10 برابر سریعتر از مواد دی الکتریک FR-4 ′s.
c. راه های حرارتی (اختیاری): اضافه کردن راه های حرارتی 0.3 میلی متر بین لایه های مس و هسته آلومینیوم باعث بهبود بیشتر انتشار گرما می شود که برای اجزای متراکم مانند ماژول های برق حیاتی است.

نقطه داده: یک مطالعه توسط IPC نشان داد که PCBهای دو لایه آلومینیومی مقاومت حرارتی را در مقایسه با FR-4 60٪ کاهش می دهند و منجر به افزایش 35٪ عمر اجزای آنها می شود.

2. ENIG Finish: جوش قابل اعتماد و عمر طولانی
پایان ENIG یک تغییر دهنده بازی برای قابلیت جوش و قابلیت اطمینان طولانی مدت است، با پرداختن به دو مشکل رایج با پایان های دیگر: اکسیداسیون و مفاصل ناسازگار.

مزایای اصلی ENIG
مقاومت در برابر خوردگی: ترکیب نیکل و طلا مانع در برابر رطوبت، نمک و مواد شیمیایی را تشکیل می دهد که برای کاربردهای بیرونی (به عنوان مثال چراغ های خیابانی) یا خودرو (در زیر هود) ایده آل است.
ب.قوه گره جوش: سطح صاف و یکنواخت ENIG® جریان پیوسته جوش را تضمین می کند و نقص هایی مانند "Tombstoning" (معمول HASL) را 40٪ کاهش می دهد.
c. سازگاری تراز خوب: سطح پایان (± 5μm) از اجزای دارای تراز 0.4mm (به عنوان مثال BGA، QFN) پشتیبانی می کند که با پایان نامناسب مانند HASL غیرممکن است.
 d.مدت نگهداری طولانی تر: PCB های محافظت شده توسط ENIG در مدت 12-18 ماه در ذخیره سازی 3 برابر طولانی تر از صفحه های OSP (3-6 ماه) قابل فروش باقی می مانند.

3دوام مکانیکی: مقاومت در برابر انحراف و ارتعاش
الکترونیک با عملکرد بالا اغلب در شرایط سخت (تلاطم (ماشین آلات صنعتی) ، چرخه های دمایی (خودروی) یا استرس فیزیکی (تکلیفات پوشیدنی) کار می کنند.:

a.سختی: هسته آلومینیوم 2 ٪3x مقاومت خم بهتر از FR-4 را فراهم می کند، مقاومت در برابر کج شدن در هنگام جوش مجدد (240 ٪260 °C برای جوش بدون سرب).
ب. تحمل ارتعاش: جرم آلومینیوم ارتعاش را کاهش می دهد و این PCB ها را برای سنسورهای صنعتی یا ماژول های ADAS خودرو مناسب می کند.000 ساعت آزمایش ارتعاش 20G (MIL-STD-883) بدون ترک ترک FR-4 پس از 300 ساعت شکست خورد.
c.استقرار دمایی: ضریب کم انبساط حرارتی هسته آلومینیوم (CTE: 23 ppm/°C) با مس (17 ppm/°C) مطابقت دارد.کاهش فشار روی مفاصل جوش در طول چرخه حرارتی (-40°C تا 125°C).

4انعطاف پذیری طراحی: تعادل پیچیدگی و هزینه
PCBهای دو لایه آلومینیومی ENIG نقطه ای شیرین بین پیچیدگی مدار و مقرون به صرفه را پیدا می کنند:

a.دو لایه مس: امکان جداسازی لایه های سیگنال و قدرت را فراهم می کند و در برنامه های فرکانس بالا (به عنوان مثال، سلول های کوچک 5G، سنسورهای 2.4GHz) ، مخابرات متقابل را کاهش می دهد.
ب. ردپای کامپکت: پروفایل نازک هسته آلومینیوم (0.8-1.6 میلی متر) در دستگاه های محدود فضایی مانند نورپردازی داخلی خودرو یا مانیتورهای پزشکی قابل پوشیدن قرار می گیرد.
c.کارایی هزینه: طرح های 2 لایه 30٪ تا 50٪ ارزان تر از PCB های 4 لایه آلومینیوم هستند در حالی که پیچیدگی کافی را برای اکثر برنامه های کاربردی قدرت متوسط (10 ٪ 100W) ارائه می دهند.

کاربردهای واقعی PCB های دو لایه ای آلومینیوم ENIG
PCB های دو لایه آلومینیوم ENIG در چهار صنعت کلیدی غالب هستند، هر کدام از ترکیب منحصر به فرد عملکرد حرارتی، قابلیت جوش و دوام خود را استفاده می کنند:
1روشنایی ال ای دی: مورد استفاده شماره یک
ال ای دی ها گرما قابل توجهی تولید می کنند (70٪ از انرژی به عنوان گرما از دست می رود) ، مدیریت حرارتی را بحرانی می کند. PCB های دو لایه آلومینیوم ENIG استاندارد برای:

a. روشنایی مسکونی / تجاری: لامپ های LED 10 ′′50W ، چراغ های پایین و چراغ های پانلی ′′ ENIG پایان اطمینان از جوش قابل اعتماد آرایه های LED را تضمین می کند ، در حالی که هسته آلومینیوم از کاهش لیمن جلوگیری می کند.
ب. روشنایی بیرونی: چراغ های خیابانی و چراغ های فلزی 50 ٪ 100W ٪ 5052 هسته آلومینیومی در برابر خوردگی مقاوم است و ENIG در برابر باران / نمک محافظت می کند.

مثال: یک لامپ 50W LED با استفاده از یک PCB ENIG 2 لایه آلومینیومی بعد از 50،000 ساعت 90٪ روشنایی را حفظ می کند. دو برابر عمر یک لامپ مبتنی بر FR-4.

2الکترونیک خودرو: سیستم های زیر هود و داخلی
اتومبیل های مدرن برای کنترل ADAS، اطلاعات تفریحی و محرک های رانندگی به بیش از 50 واحد کنترل الکترونیکی (ECU) متکی هستند. PCB های دو لایه ای آلومینیوم ENIG در:

a. حسگرهای ADAS: ماژول های LiDAR / دوربین 20 ′′ 30W ′′ قابلیت اطمینان جوش ENIG ′′ عملکرد ثابت را در محیط های مستعد لرزش تضمین می کند.
ب. چراغ های جلو LED: LEDهای اتومبیل 30 ′′60W ′′ هسته آلومینیومی دمای زیر هود (-40 °C تا 125 °C) را کنترل می کند ، در حالی که ENIG در برابر روغن و رطوبت مقاومت دارد.
ماژول های شارژ EV: شارژر های 50 ٪ 100W در سیستم شارژر های شارژر

توجه به انطباق: تمام PCB های دو لایه آلومینیومی خودرو با استانداردهای AEC-Q200 (اعتماد پذیری قطعات) و IATF 16949 (مدیریت کیفیت) مطابقت دارند.

3الکترونیک صنعتی: ماژول های قدرت و سنسورها
ماشین آلات صنعتی (روترهای CNC ، محرک های موتور) نیاز به PCB هایی دارند که در برابر ارتعاش ، گرد و غبار و نوسانات دمایی مقاومت می کنند. PCB های دو لایه آلومینیوم ENIG در:

a. اینورترهای قدرت: اینورترهای صنعتی 50 ٪ 100W ٪ هسته آلومینیومی گرمای IGBT را از بین می برد، در حالی که ENIG اتصال مقاومت پایین را تضمین می کند.
ب. سنسورهای فرآیند: سنسورهای دمای/ضغط 10 ≈ 20 ولت مقاومت مکانیکی در برابر لرزش کارخانه و حفاظت ENIG در برابر گرد و غبار و مواد شیمیایی.

4دستگاه های پزشکی: پوشیدنی ها و تشخیص
الکترونیک پزشکی نیاز به قابلیت اطمینان و سازگاری زیستی دارد. PCB های دو لایه ای آلومینیوم ENIG در:

a. مانیتورهای قابل پوشیدن: مانیتورهای ضربان قلب / ECG 5 15W هسته آلومینیوم نازک (0.8 میلی متر) در طرح های جمع و جور قرار می گیرد، در حالی که ENIG سازگار با زیست است (بدون تحریک پوست).
ب. تشخیص قابل حمل: 20 ′′ 30W سُند های سُند های سُند های سُند های سُند های سُند های سُند های سُند های سُند های سُند های سُند های سُند های سُند

چگونه یک تامین کننده PCB ENIG آلومینیومی 2 لایه را انتخاب کنیم: مزایای LT CIRCUIT
همه PCB های دو لایه ای آلومینیوم ENIG یکسان ساخته نمی شوند. تخصص تولید و کنترل کیفیت عملکرد را تعیین می کنند.
1. فرایندهای تولید پیشرفته
a. لامیناسیون دقیق: فشار خلاء با لایه های مس، دی الکتریک و آلومینیوم با اتصال کنترل دمای ± 1 °C که هدایت حرارتی یکنواخت را تضمین می کند.
b. کنترل پوشش ENIG: خطوط پوشش خودکار ضخامت نیکل (5 ′′ 10μm) و طلا (0.05 ′′ 0.1μm) را حفظ می کنند و از نقص های ′′black pad ′′ جلوگیری می کنند (یک حالت شکست ENIG رایج).
c.بررسی حرارتی: هر دسته از تصاویر حرارتی FLIR برای تأیید تبعید گرما استفاده می شود تا اطمینان حاصل شود که هیچ نقطه گرم برای اجزای با قدرت بالا بیش از 80 °C نیست.

2گواهینامه های کیفیت سختگیرانه
PCBهای دو لایه ای آلومینیوم ENIG LT CIRCUIT مطابق با استانداردهای جهانی برای قابلیت اطمینان و انطباق هستند:

3. سفارشی سازی برای برنامه شما
LT CIRCUIT راه حل های متناسب با نیازهای پروژه شما را ارائه می دهد:

a. ضخامت هسته آلومینیومی: 0.8mm (دسته های پوشیدنی) تا 3.2mm (ماژول های قدرت صنعتی).
b. مواد دی الکتریک: اپوکسی (حساس به هزینه) یا پلی آمید (در دمای بالا).
ج.تغییرات ENIG: طلا ضخیم (0.1μm) برای کاربردهای با قابلیت اطمینان بالا (هوافضا) یا طلا استاندارد (0.05μm) برای الکترونیک مصرفی.

سوالات عمومی
س: حداکثر قدرت یک PCB ENIG دو لایه آلومینیومی چیست؟
A: اکثر طرح های 2 لایه 10 ′′ 100W را اداره می کنند ، اما نسخه های سفارشی (سیستم هسته ای آلومینیومی ضخیم تر: 3.2 میلی متر ، مس 2 اونس) می توانند تا 150W را مدیریت کنند. برای > 150W ، به یک PCB آلومینیومی 4 لایه ارتقا دهید.

سوال: آیا PCB های دو لایه آلومینیوم ENIG می توانند با جوش بدون سرب استفاده شوند؟
ج: بله ٫ همه مواد (طاقه آلومینیومی، دی الکتریک، ENIG) با پروفایل های بازپرداخت بدون سرب (240 ٫ 260 ° C) سازگار هستند. LT CIRCUIT هر دسته را آزمایش می کند تا اطمینان حاصل شود که هیچ لایه ای در هنگام جوشاندن وجود ندارد.

س: تا چه مدت پایان ENIG قابل فروش باقی می ماند؟
ج: PCB های محافظت شده توسط ENIG برای 12 تا 18 ماه در ذخیره سازی خشک (25 °C، 50٪ RH) قابل فروش هستند.

س: آیا PCB های دو لایه آلومینیومی ENIG با مونتاژ خودکار (SMT pick-and-place) سازگار هستند؟
A: سطح AbsolutelyENIG (± 5μm) ، قرار دادن قطعات دقیق را حتی برای BGA های 0.4mm-pitch تضمین می کند.

س: زمان تحویل برای PCB های 2 لایه ای آلومینیوم ENIG از LT CIRCUIT چقدر است؟**
A: نمونه های اولیه (۵ ۰ واحد) ۷ ۰ روز طول می کشد ، از جمله پوشش ENIG و آزمایش کیفیت. تولید حجم بالا (۱۰۰۰+ واحد) معمولاً ۲ ۰۳ هفته طول می کشد ،با گزینه های عجله (3-5 روز برای نمونه های اولیه) در دسترس برای پروژه های فوری مانند مهلت های راه اندازی خودرو یا تعمیرات اضطراری صنعتی.

اشتباهات طراحی رایج برای جلوگیری از PCB های 2 لایه ای آلومینیوم ENIG
حتی با استفاده از مواد مناسب، انتخاب های طراحی ضعیف می تواند عملکرد را به خطر بیندازد. در زیر خطاهای اصلی برای جلوگیری از آنها و نحوه رفع آنها آورده شده است:
1. کمرنگ کردن پهنای ردیابی برای جریان بالا
a.اشتباه: استفاده از آثار 0.1mm (4mil) برای جریان 5A (معمول در درایورهای LED 50W) باعث گرم شدن بیش از حد و سوختگی آثار می شود.
ب.راه حل: دستورالعمل های IPC-2223 برای PCB های فلزی را دنبال کنید:

برای یک ال ای دی 50 وات (10A در حال حاضر) ، از یک ردی 0.6 میلی متر با مس 2 اونس برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد استفاده کنید.

2. نادیده گرفتن قرار دادن حرارتی از طریق
a.اشتباه: قرار دادن لوله های حرارتی بیش از حد دور از اجزای تولید کننده گرما (به عنوان مثال، >5mm از یک LED) ایجاد تنگه های حرارتی می کند.
ب. راه حل: اضافه کردن 0.3~0.5 میلی متری از لوله های حرارتی به طور مستقیم تحت اجزای با قدرت بالا (به عنوان مثال، LED ها، MOSFET ها) ، که هر 2~3 میلی متر فاصله دارند. برای یک آرایه LED 30W،4 ′′6 لوله حرارتی در هر LED جریان گرما را به هسته آلومینیوم به طور موثر تضمین می کند.

3استفاده از مواد ديالکتريک غلط براي درجه حرارت
a.خطای: مشخص کردن دی الکتریک اپوکسی (حد اکثر دمای: 150°C) برای کاربردهای زیر هود خودرو (125°C+) ، که منجر به قطع لایه می شود.
ب. راه حل: دی الکتریک را با دمای کار خود مطابقت دهید:
اپوکسی: بهترین برای دمای داخلی / متوسط (-40 °C تا 150 °C) (به عنوان مثال، روشنایی LED مسکونی).
پلی آمید: برای دمای بالا (-40 °C تا 200 °C) (به عنوان مثال، زیر هود خودرو، کوره های صنعتی).

4. چشم پوشی از ضخامت ENIG برای محیط های خوردگی
a.اشتباه: استفاده از طلا 0.03μm (کمتر از استانداردهای IPC) برای روشنایی بیرونی منجر به خوردگی در عرض 6 ماه می شود.
ب.راه حل: مطابق با IPC-4552 (تفصیلات ENIG):
حداقل ضخامت نیکل: 5μm (از انتشار مس جلوگیری می کند).
حداقل ضخامت طلا: 0.05μm (استاندارد) یا 0.1μm (برای محیط های خشن مانند مناطق ساحلی با اسپری نمک).

5قرار دادن ناقص قطعات در نزدیکی مناطق انعطاف پذیر و سفت
a.اشتباه: قرار دادن قطعات سنگین (به عنوان مثال، کانکتورهای 10g) در نزدیکی لبه هسته آلومینیومی باعث استرس مکانیکی و کج شدن می شود.
b. راه حل: اجزای سنگین را حداقل 5 میلی متر از لبه PCB نگه دارید و آنها را در مرکز ضخیم ترین بخش هسته آلومینیوم قرار دهید (به عنوان مثال، 1.6 میلی متر در مقابل 0.8 میلی متر) برای پشتیبانی بهتر.

نتیجه گیری
PCB های دو لایه آلومینیومی ENIG تعادل کامل عملکرد، دوام و هزینه را برای الکترونیک های متوسط قدرت و قابل اطمینان بالا نشان می دهند. هسته آلومینیومی آنها چالش های حرارتی FR-4 را حل می کند،در حالی که پایان ENIG از بین می رود soldability و مسائل خوردگی از پایان پایه مانند HASL یا OSPچه شما در حال ساخت چراغ های LED، سنسورهای خودرو یا ماژول های قدرت صنعتی باشید، این تخته ها ثبات و طول عمر مورد نیاز الکترونیک مدرن را ارائه می دهند.

هنگام طراحی پروژه ی بعدی، روی سه انتخاب مهم تمرکز کنید:

1درجه هسته آلومینیوم: 6061 برای اکثر کاربردهای، 5052 برای مقاومت در برابر خوردگی.
2مواد دیالکتریک: اپوکسی برای هزینه، پلی آمید برای دمای بالا.
3ضخامت: 0.05μm طلا برای استفاده استاندارد، 0.1μm برای محیط های خشن.

By avoiding common design mistakes and partnering with a specialist like LT CIRCUIT—who combines advanced manufacturing with strict quality control—you’ll ensure your 2-layer aluminum ENIG PCBs meet or exceed industry standardsدر حالی که الکترونیک با قدرت بالا به تکامل خود ادامه می دهد (به عنوان مثال، سیستم های LED 100W +، نسل بعدی ADAS خودرو) ، این صفحه ها سنگ بنای طراحی قابل اعتماد و کارآمد باقی خواهند ماند.بهترین راه حل ها از ترکیب دو تکنولوژی اثبات شده به یک.