アルミ PCB 断熱孔: 製造 プロセス, 設計 助言, 性能 影響

アルミPCB (金属コアPCBまたはMCPCB) は,LED照明から自動車電源モジュールまで,高性能電子機器において,その優れた熱伝導性により不可欠なものとなっています.これらのボードの重要な,しかししばしば見過ごされる特徴は,絶縁穴です. 精密な工学的な開口で,導電性銅層をアルミニウム基板から隔離します.断熱孔の設計と製造は,アルミPCBの信頼性,安全性,コストに直接影響します.このガイドでは,隔熱穴の役割について説明します., 製造方法を比較し,高電力アプリケーションで最適なパフォーマンスを確保するためのベストプラクティスを提供します.

アルミ PCB の 隔熱 穴 は 何 です か
断熱穴 (また"断熱穴"または"熱解脱穴"とも呼ばれる) は,アルミPCBのアルミ基板と介電層を掘り抜ける開口である.導電性銅の痕跡とアルミコアの間に障壁を作り出すその主な機能は以下の通りである.
a.電気隔離:銅層 (伝送電流) とアルミニウム基板 (地面または散熱器として機能できる) の間での直接接触を防止し,ショートサーキットを排除する.
b.熱管理: 電気分離を維持しながら,銅の痕跡からアルミコアへの制御された熱伝送を可能にする.
c. 部品のマウント: 板を貫通する穴を貫く部品,螺栓,コネクタにスペースを与える.
標準PCBとは異なり,穴は銅層を隔離するだけですが,アルミPCBの隔離穴は金属コアに浸透し,設計と製造に複雑さを追加します.

断熱孔の主要な設計パラメータ
断熱孔の性能は,電気安全と熱効率をバランスする3つの重要な設計パラメータに依存します.
1直径
最小直径:介電層とアルミニウム基板の厚さによって決定される. 50μm介電体を持つ1.0mmアルミニウムコアでは,最小直径は通常0.8 ‰ 1である.0mm 完全に隔離を確保するために.
実用的な範囲:0.8mmから5.0mm,部品のマウントまたは重用スクリューに使用されるより大きな直径.
影響: 直径が小さすぎると,電解障害 (ショート回路) が起こり,穴が大きすぎると,銅とアルミニウムの接触を制限することで熱伝導性が低下します.

2介電層カバー
介電層 (典型的にはエポキシまたはポリアミド) が隔熱穴を敷き詰め,電気障壁を形成する.主要指標には以下のものがある:
厚さ: 25×100μm,高電圧 (100V+) 適用に使用されるより厚い層 (75×100μm)
均一性: 穴の壁全体に隙間,ピンホール,または電圧弧を防ぐために重要な薄さなしを覆う必要があります.

3銅の痕跡から距離
隔熱孔は,電気放電を避けるため,銅の痕跡から十分な距離を置く必要があります.
最小距離: 稼働電圧に応じて銅パッドの縁から0.5~1.0mm (電圧が高ければ大きな隙間が必要).
理由: 塵,湿度,電圧ストレスのために,電解表面に沿って"追跡" (伝導経路形成) を防止する.

アルミニウムPCB隔離孔の製造プロセス
信頼性の高い隔熱穴を作成するには,アルミニウムと介電層を貫通し,介電質を保ちながら穴を掘る特殊なプロセスが必要です. 3つの主要な方法は:
1機械式掘削
機械式ドリリングでは,アルミニウム基板と介電層を貫くため,炭化物またはダイヤモンド先端のドリルを使用します.
プロセスステップ:
a. Aluminium PCB を硬い固定装置に固定し,歪みを防止する.
b. 掘削を避けるために,変速 (3,000~10,000RPM) のCNCドリルを使用する.
c. アルミと銅の断片を取り除くために,ブラシまたは化学エッセンタでデブール穴を開ける.
(d) 介電粘着を損なう可能性のある残骸を除去するために穴を掃除する.

利点:
大量生産 (1万台以上) の低コスト
b.直径 ≥0.8mmに適している.
c.標準PCB製造ラインと互換性がある.

制限:
a.ドリル圧力による介電損傷 (裂け目または薄化) の危険性.
b. 小径 (<0.8mm) の精度が低い.
c. アルミ製のブーリーは,ショート・サーキットを防ぐために徹底的に脱磨する必要があります.

2レーザードリリング
レーザードリリングでは 高性能のUVレーザーやCO2レーザーを使って 材料を蒸発させ 機械的な接触なしに精密な穴を掘ります
プロセスステップ:
a. レーザー経路をプログラムするためにコンピュータアシスタントデザイン (CAD) データを使用する.
b.レーザーは,まずアルミ基板を,その後,介電層を消去する (介電体を燃やさないように電力を調節する).
c. 穴の壁を滑らかにするために低電力レーザーによる後処理.

利点:
a.高精度 (直径は0.2mm未満で,容積は±0.01mm).
(b) 掘削がないため,後処理段階を短縮する.
c. 複雑なパターンや小批量に最適です.

制限:
機械式掘削よりも高いコスト (2~3倍高い)
b.大きな穴 (>3.0mm) のスループットが遅い.

3穴を打つ (大きな穴の場合は)
パンシングは,工業用電源モジュールで一般的なアルミニウムPCBの大きな穴 (≥5.0mm) を切る硬化された鋼筋模具を使用します.
プロセスステップ:
a. 信頼証のマークを用いてPCBをパンチ・ダイと並べます.
b. アルミと電解体を切るため,水圧圧 (10~50トン) を適用する.
c. 穴の端を掃除する.

利点:
a. 大きな穴 (分間に100穴以上) の最も速い方法.
b. 大量,大直径のアプリケーションの低コスト.

制限:
a. 穴 ≥5.0mmのみに適しています.
(b) 穴の縁の近くで,圧力が誤って施された場合,電解膜の断層のリスクがある.

比較分析:製造方法

断熱孔 の 製造 に 関する 一般 的 な 課題
絶縁孔の製造には 3つの主要な課題があります
1介電損傷
原因: 過剰な熱 (レーザー 掘削) や圧力 (機械 掘削/パンシング) は,穴を覆う電解層を裂くか薄くすることができます.
影響: 特に高電圧アプリケーション (例えば220V入力を持つLEDドライバ) で,電圧弧やショートサーキットが発生する弱点を発生させる.
解決策: 溶接電圧を最小限に抑えるため,レーザーの電力を最適化する (UVレーザーでは10W30W) またはドリル速度 (5,000RPM8,000RPM).

2. アルミ・バー
原因: 機械 的 な 掘削 に よっ て 鋭い アルミニウム 碎片 が 残り て しまい,電解 器 を 刺し,短縮 状態 に なる こと が あり ます.
影響:特に湿気のある環境では,PCBの5~10%でフィールド障害が解決されない場合.
解決法: 钻石先のドリルとドリルの後の化学的脱皮 (例えば,ナトリウムヒドロキシード浴) を用いて,ブーリングを除去する.

3熱伝導性の損失
原因: 隔熱 穴 の 大きさは 銅 の 痕跡 と アルミ の 核 の 接触 面 を 短く し,熱 の 散乱 を 妨げ ます.
影響:LEDの交差点温度が10~15°C上昇し,寿命が20~30%短縮される.
解決策: 最小の必要な直径を持つ穴を設計し,穴の隣接する熱経路を使用して熱流をリダイレクトします.

適用: 隔熱 穴 が 最も 重要 で ある 場所
隔熱穴は,電気安全性と熱性能が等しく重要なアプリケーションにおいて重要です.
1. 高電力LED照明
課題:LED PCBは10~100Wで動作し,隔離 (衝撃防止) と効率的な熱伝達 (ルメン減価防止) の両方が必要です.
断熱孔設計: 銅パッドから1.0mm離れた75μm介電層を持つ直径1.0~2.0mmの穴.
結果: 2kVの隔離を保証し,熱抵抗 <1°C/Wを維持し,LEDの寿命を5万時間以上延長します.

2自動車用電源モジュール
課題:EVの電池管理システム (BMS) は 400~800Vに対応し,ショートショットを防ぐために堅牢な隔熱が必要です.
断熱孔設計: 100μmの介電層を持つ直径3.0×5.0mmの穴,電圧耐久性に関するIPC-2221規格に試験されている.
結果: 1000回以上の熱サイクル (-40°C~125°C) に耐える.

3工業用モーター制御装置
課題: コントローラーは高電流 (1050A) を切り替えて,アルミ製のヒートシンクに届く熱を発生させる.
隔熱穴設計: 隔熱穴を囲む熱ビアス (0.3mm) を備えた最小の穴直径 (0.8~1.2mm) で熱を誘導する.
効果: 熱抵抗を 30% 減らす

絶縁穴の設計と製造に関する最良の慣行
信頼性と性能を最大化するには,以下のガイドラインに従ってください.
1. 電圧と電力を設計する
定位電圧: >100Vのアプリケーションでは厚い介電層 (75~100μm) を使用する. <50Vでは25~50μmが十分である.
電流処理:高電流 (> 5A) の痕跡の下に保温穴を配置しない.熱を散らすために近くの熱経路を使用する.

2適切な製造方法を選ぶ
小穴 (<1.0mm) や複雑なパターンの場合は,レーザーで掘削する.
中小穴 (1.0~5.0mm) と大小穴の場合:機械式掘削.
大型穴 (>5.0mm) と大容量: パンシング

3信頼性のテスト
電圧断裂試験: 動作電圧の1.5倍を1分間適用する (IPC-TM-650 2.5.6.2) 弧形がないようにする.
熱循環: PCB を -40°C から 125°C まで 1000 回 温め,その後,X線で介電裂痕を確認します.
湿度試験: 85°C で 85% の RH に 1000 時間 暴露し,その後 隔熱抵抗 (> 109Ω) を測定する.

4. コストを最適化する
ツール変更を減らすために穴直径を標準化する (例えば,設計全体で 1.0mm と 3.0mm の穴を使用する).
細い穴のレーザードリリングと 大きな穴の機械ドリリングを組み合わせることで 精度とコストをバランスできます

断熱孔 製造 の 将来の 傾向
材料と技術の進歩により 断熱孔の性能が向上しています
ナノコーティングされた電解質: 陶磁ナノ粒子 (Al2O3) を含む新しいエポキシ層は電解質強度を40%増加させ,より薄い層 (50μm) が2kVを処理することができます.
AI駆動ドリリング:機械学習アルゴリズムはレーザーパワーとドリルの速度をリアルタイムで最適化し 介電損傷を25%削減します
3Dプリンタ:実験的なプロセスで 透電膜を直接穴にプリントし 隙間をなくし 均質性を向上させます

よくある質問
Q: 断熱孔が耐えられる 最大電圧は?
A: 100μm 介電層では,隔熱孔は通常 2 〜 5kV を処理します.特殊な材料 (例えば,セラミックで満たされた介電器) はこれを 10kV + に拡張することができます.

Q: 断熱孔は表面搭載部品 (SMD) で使用できますか?
A: はい,しかし,部品とアルミ基板の間の溶接橋を避けるために,SMDパッドから少なくとも0.5mm離れた場所に配置する必要があります.

Q: 隔熱孔は熱抵抗にどのように影響するのですか?

A: 1mm 径の穴は,熱抵抗を ~0.1°C/W 増加させる.穴の隣接する熱経路を使用すると,これを 50% 抵消できます.

Q: 断熱孔には環境基準がありますか?
A: はい,IPC-2221 (汎用PCB設計) とIPC-2223 (柔軟PCB) は,最小隔離距離と安全性のための介電要求を指定しています.

結論
絶縁孔は アルミPCBの重要な要素ですが 評価されていません 高功率アプリケーションで電気安全性と熱性能をバランス取っています介電体厚さ費用のために機械式ドリル,精密度のためにレーザードリル,または大きな穴のためのパンシングであろうと,エンジニアはLED照明,自動車システム,産業用コントローラ.
電子機器がより高い電力の密度へと 進んでいくにつれて 断熱孔の設計は 重要性が高まるでしょう精密な製造と厳格なテストに投資することで アルミPCBは安全性を保ちます効率性や長寿性を 求められています
断熱孔は 単なる開口ではなく 設計された障壁で アルミPCBが 高電力環境で 安全で効率的に 動作できるようにします適正 な 設計 と 製造 は,その 完全 な 可能性 を 発揮 する ため に 必須 です.