2025-08-11
एल्यूमीनियम पीसीबी (जिसे एल्यूमीनियम कोर पीसीबी या एमसीपीसीबी भी कहा जाता है) उच्च शक्ति वाले इलेक्ट्रॉनिक्स में एक गेम-चेंजर के रूप में उभरा है, जहां गर्मी प्रबंधन और विद्युत प्रदर्शन बनाने या तोड़ने वाले कारक हैं।पारंपरिक FR4 पीसीबी के विपरीत, जो गर्मी को कैद करते हैं और बिजली घनत्व को सीमित करते हैं, एल्यूमीनियम पीसीबी दो महत्वपूर्ण चुनौतियों को हल करने के लिए कुशल विद्युत मार्ग के साथ एक थर्मल चालक धातु कोर को जोड़ते हैंःघटकों को ठंडा रखना और बिजली के नुकसान को कम करना.
एलईडी प्रकाश व्यवस्था से लेकर इलेक्ट्रिक वाहन (ईवी) इन्वर्टर तक, ये विशेष पीसीबी उपकरणों को कठिन, लंबे और अधिक विश्वसनीय रूप से चलाने में सक्षम बनाते हैं।यह मार्गदर्शिका पता लगाती है कि एल्यूमीनियम पीसीबी कैसे उत्कृष्ट तापीय और विद्युत दक्षता प्राप्त करते हैं, FR4 और तांबे-कोर पीसीबी जैसे विकल्पों पर उनके प्रमुख फायदे, और अपने अगले डिजाइन में उनकी क्षमताओं का लाभ उठाने के लिए कैसे।
महत्वपूर्ण बातें
1एल्यूमीनियम पीसीबी मानक एफआर4 की तुलना में 5 से 8 गुना तेजी से गर्मी फैलाती है, उच्च शक्ति वाले अनुप्रयोगों (जैसे, 100W एलईडी ड्राइवर) में घटक तापमान को 20 से 40 डिग्री सेल्सियस तक कम करती है।
2उनका कम थर्मल प्रतिरोध (0.5°C/W) 30~50% अधिक शक्ति घनत्व को सक्षम करता है, छोटे स्थानों में अधिक कार्यक्षमता फिट करता है।
3विद्युत दक्षता मोटी तांबे के निशान (2 ¢ 4 औंस) द्वारा बढ़ाई जाती है जो प्रतिरोध को कम करती है, पतले तांबे के FR4 की तुलना में 15 ¢ 25% की शक्ति हानि को कम करती है।
4जबकि एल्यूमीनियम पीसीबी FR4 की तुलना में 1.5×3 गुना अधिक महंगे हैं, वे हीट सिंक को समाप्त करके और घटक जीवनकाल को 2×3 गुना बढ़ाकर कुल सिस्टम लागत को कम करते हैं।
एल्यूमीनियम पीसीबी क्या है?
एल्यूमीनियम पीसीबी एक मोटी एल्यूमीनियम कोर के चारों ओर निर्मित कम्पोजिट सर्किट बोर्ड हैं, जिन्हें विद्युत प्रदर्शन बनाए रखते हुए थर्मल चालकता को प्राथमिकता देने के लिए डिज़ाइन किया गया है। उनकी परतबद्ध संरचना में शामिल हैंः
a.एल्यूमीनियम कोरः आधार परत (0.8 ∼ 3.0 मिमी मोटी) एक अंतर्निहित हीट सिंक के रूप में कार्य करती है,एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं जैसे 1050 (उच्च शुद्धता) या 6061 (बेहतर यांत्रिक शक्ति) से 180~200 W/m·K की थर्मल चालकता के साथ.
b.थर्मल डायलेक्ट्रिक परतः एल्यूमीनियम कोर और तांबे के निशान के बीच एक पतली (50 ¢ 200 μm) इन्सुलेटिंग परत,आम तौर पर सिरेमिक से भरा हुआ इपॉक्सी या सिलिकॉन, जिसकी थर्मल कंडक्टिविटी 1 ̊5 W/m·K (FR4 ̊0 से बहुत अधिक) है.2.0.3 W/m·K) ।
कॉपर सर्किट लेयरः विद्युत मार्ग के लिए 1 ¢ 4 औंस (35 ¢ 140 μm) तांबे के निशान, उच्च-वर्तमान डिजाइनों में प्रतिरोध को कम करने के लिए इस्तेमाल किए जाने वाले मोटे तांबे (2 ¢ 4 औंस) के साथ।
यह संरचना एक थर्मल शॉर्टकट बनाती हैः घटकों (जैसे, एलईडी, पावर ट्रांजिस्टर) से गर्मी तांबे की परत के माध्यम से, डाईलेक्ट्रिक के माध्यम से, और एल्यूमीनियम कोर में बहती है,जो इसे पर्यावरण में फैलाता और फैलाता है।.
थर्मल दक्षताः एल्यूमीनियम पीसीबी कैसे ठंडा रहता है
गर्मी इलेक्ट्रॉनिक घटकों का दुश्मन है। अत्यधिक गर्मी दक्षता को कम करती है, उम्र बढ़ने में तेजी लाती है, और अचानक विफलताओं का कारण बन सकती है। एल्यूमीनियम पीसीबी तीन प्रमुख थर्मल लाभों के साथ इसका समाधान करते हैंः
1उच्च ताप प्रवाहकता
एल्यूमीनियम कोर और विशेष डायलेक्ट्रिक परत गर्म घटकों से गर्मी को दूर ले जाने के लिए मिलकर काम करते हैं:
a.एल्यूमीनियम कोरः 180 ¢ 200 W/m·K की थर्मल चालकता के साथ, एल्यूमीनियम FR4 (0.2 ¢ 0.3 W/m·K) की तुलना में 50 ¢ 100 गुना बेहतर गर्मी का संचालन करता है।इसका मतलब है कि गर्मी घटकों के नीचे जमा होने के बजाय एल्यूमीनियम कोर में फैलती है.
b. थर्मल डाइलेक्ट्रिक: सिरेमिक से भरे डायलेक्ट्रिक (1 ¥5 W/m·K) FR4 ¥s राल (0.2 W/m·K) की तुलना में 3 ¥15 गुना बेहतर गर्मी का संचालन करते हैं, जो तांबे के निशान से एल्यूमीनियम कोर तक कम प्रतिरोध मार्ग बनाते हैं।
वास्तविक दुनिया प्रभावः एल्यूमीनियम पीसीबी पर 100W एलईडी ड्राइवर 65°C पर चलता है, जबकि FR4 पर एक ही डिजाइन 95°C तक पहुंचता है, एलईडी जीवनकाल को 30,000 से 60,000 घंटे तक बढ़ाता है (एरेनियस समीकरण के अनुसार,जहां 10°C तापमान में गिरावट से जीवन काल दोगुना हो जाता है).
2कम ताप प्रतिरोध
थर्मल प्रतिरोध (Rth) यह मापता है कि एक सामग्री गर्मी प्रवाह का कितनी अच्छी तरह से प्रतिरोध करती है, कम मूल्यों के साथ बेहतर। एल्यूमीनियम पीसीबी के लिए Rth 0.5 ̊2 ° C / W है, जबकि FR4 पीसीबी के लिए 5 ̊10 ° C / W है।
a.उदाहरण: एक एल्यूमीनियम पीसीबी पर घुड़सवार 50W की शक्ति ट्रांजिस्टर Rth = 1°C/W के साथ परिवेश से केवल 50°C ऊपर (जैसे, 25°C → 75°C) बढ़ेगा। FR4 (Rth = 8°C/W) पर,यह 25 + (50×8) = 425°C तक पहुंच जाएगा जो इसकी अधिकतम रेटिंग से बहुत अधिक है.
3बाहरी हीट सिंक की कमी
एल्यूमीनियम कोर एक एकीकृत हीट सिंक के रूप में कार्य करता है, कई अनुप्रयोगों में भारी बाहरी हीट सिंक की आवश्यकता को समाप्त करता हैः
एलईडी प्रकाश व्यवस्थाः एल्यूमीनियम पीसीबी का उपयोग करने वाला 150W का उच्च-बैक प्रकाश निष्क्रिय रूप से ठंडा होता है, जबकि एफआर 4 संस्करण के लिए एक अलग हीट सिंक की आवश्यकता होती है जो सामग्री के बिल में 200 ग्राम और $ 5 जोड़ता है।
बी.ईवी चार्जरः 600 वी इन्वर्टर में एल्यूमीनियम पीसीबी एल्यूमीनियम हीट डिस्क को पीसीबी के अंतर्निहित कोर से बदलकर 30% तक वजन कम करते हैं।
बिजली की दक्षता: बिजली के नुकसान को कम करना
एल्यूमीनियम पीसीबी न केवल गर्मी का प्रबंधन करते हैं बल्कि उच्च धारा वाले सर्किट में बिजली की हानि को कम करके विद्युत प्रदर्शन में भी सुधार करते हैं।
1. कम प्रतिरोध के निशान
एल्यूमीनियम पीसीबी में मोटे तांबे के निशान (2 ¢ 4 औंस) विद्युत प्रतिरोध (आर) को कम करते हैं, जो सीधे शक्ति हानि को कम करता है (पी = आई 2 आर):
a.उदाहरणः एक 2 औंस तांबे के निशान (70μm मोटाई) में एक ही चौड़ाई के 1 औंस के निशान (35μm) की तुलना में 50% कम प्रतिरोध होता है। 10 ए वर्तमान के लिए, यह 2W से 1W तक बिजली हानि को कम करता है।
b.उच्च-वर्तमान डिजाइनः 4oz तांबा (140μm) बिजली वितरण के निशान हैंडल में 20 ′′30A न्यूनतम वोल्टेज ड्रॉप के साथ, EV बैटरी प्रबंधन प्रणाली (BMS) और औद्योगिक मोटर नियंत्रकों के लिए महत्वपूर्ण है।
2उच्च आवृत्ति अनुप्रयोगों में स्थिर प्रतिबाधा
जबकि एल्यूमीनियम पीसीबी का उपयोग आमतौर पर अति-उच्च आवृत्ति (60GHz+) डिजाइनों के लिए नहीं किया जाता है, वे मध्यम श्रेणी के उच्च गति अनुप्रयोगों (1 ′′ 10GHz) में स्थिर प्रतिबाधा बनाए रखते हैंः
a. डायलेक्ट्रिक परत की स्थिर मोटाई (± 5μm) नियंत्रित प्रतिबाधा (50Ω एकल-अंत के लिए, 100Ω अंतर जोड़े के लिए) सुनिश्चित करती है, संकेत प्रतिबिंब और हानि को कम करती है।
b.यह उन्हें ऑटोमोटिव रडार (77GHz) और औद्योगिक सेंसर के लिए उपयुक्त बनाता है, जहां थर्मल और विद्युत दोनों प्रदर्शन मायने रखते हैं।
3. कम ईएमआई (इलेक्ट्रोमैग्नेटिक हस्तक्षेप)
एल्यूमीनियम कोर एक प्राकृतिक ढाल के रूप में कार्य करता है, उच्च धारा के निशान से विद्युत चुम्बकीय शोर को अवशोषित करता हैः
a.EMI उत्सर्जन FR4 पीसीबी की तुलना में 20-30% कम होता है, जिसमें एक प्रवाहकीय कोर नहीं होता है।
यह संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक्स जैसे मेडिकल मॉनिटर या ऑटोमोटिव एडीएएस (एडवांस्ड ड्राइवर असिस्टेंस सिस्टम) के लिए महत्वपूर्ण है, जहां शोर सेंसर डेटा को बाधित कर सकता है।
एल्यूमीनियम पीसीबी बनाम विकल्पः एक प्रदर्शन तुलना
एल्यूमीनियम पीसीबी एफआर 4, तांबे के कोर पीसीबी और अन्य थर्मल समाधानों के खिलाफ कैसे स्टैक करते हैं?
| विशेषता | एल्यूमीनियम पीसीबी | मानक FR4 पीसीबी | कॉपर-कोर पीसीबी |
|---|---|---|---|
| ऊष्मा चालकता | 180~200 W/m·K (कोर) | 0.2.0.3 W/m·K | 385 W/m·K (कोर) |
| थर्मल प्रतिरोध (Rth) | 0.52°C/W | 5 ̊10°C/W | 0.3~1°C/W |
| अधिकतम परिचालन तापमान | -50°C से 150°C | -40°C से 130°C तक | -50°C से 180°C तक |
| विद्युत प्रतिरोध | कम (2-4 औंस तांबा) | उच्चतर (1 औंस तांबा विशिष्ट) | कम (2-4 औंस तांबा) |
| लागत (सम्बन्धी) | 1.5 ¢ 3x | 1x | 3 ¢ 5x |
| वजन (सम्बन्धी) | 1.2x | 1x | 2x |
| के लिए सर्वश्रेष्ठ | उच्च शक्ति, लागत संवेदनशील | कम शक्ति वाला, सामान्य उपयोग | अत्यधिक उच्च शक्ति (सैन्य) |
महत्वपूर्ण व्यापार-बंदियाँ
a.एल्यूमीनियम बनाम FR4: एल्यूमीनियम बहुत बेहतर थर्मल प्रदर्शन प्रदान करता है लेकिन >50W अनुप्रयोगों के लिए अधिक खर्च करता है।
b.एल्यूमीनियम बनाम कॉपर-कोर: तांबा गर्मी को बेहतर तरीके से संचालित करता है लेकिन यह भारी, अधिक महंगा और मशीन के लिए कठिन है।
अनुप्रयोगः जहां एल्यूमीनियम पीसीबी उत्कृष्टता प्राप्त करते हैं
एल्यूमीनियम पीसीबी ऐसे अनुप्रयोगों में अपरिहार्य हैं जहां गर्मी और शक्ति घनत्व महत्वपूर्ण हैंः
1एलईडी प्रकाश व्यवस्था
हाई-बे लाइट्स, स्ट्रीट लाइट्सः 100 ¢ 300W के फिक्स्चर एल्यूमीनियम पीसीबी पर निर्भर करते हैं ताकि कई हाई-पावर एलईडी (3 ¢ 10W प्रत्येक) को ठंडा किया जा सके, जिससे चमक और जीवनकाल बरकरार रहे।
ऑटोमोटिव हेडलाइट्स: हुड के नीचे का तापमान 125°C तक पहुंच जाता है, जिससे एल्यूमीनियम पीसीबी 50W+ एलईडी मॉड्यूल के लिए आवश्यक हो जाते हैं।
2पावर इलेक्ट्रॉनिक्स
ईवी इन्वर्टर और बीएमएसः मोटरों (600 वी, 100 ए+) के लिए डीसी बैटरी पावर को एसी में परिवर्तित करें, एल्यूमीनियम पीसीबी के साथ आईजीबीटी (इंसोलेटेड-गेट द्विध्रुवीय ट्रांजिस्टर) से गर्मी फैलाना।
औद्योगिक विद्युत आपूर्तिः 200-500W AC-DC कन्वर्टर्स अत्यधिक गर्मी के बिना उच्च धाराओं को संभालने के लिए एल्यूमीनियम पीसीबी का उपयोग करते हैं।
3ऑटोमोबाइल इलेक्ट्रॉनिक्स
एडीएएस सेंसरः रडार (77GHz) और लीडार मॉड्यूल गर्मी उत्पन्न करते हैं जबकि स्थिर संकेत अखंडता की आवश्यकता होती है।
इंजन नियंत्रण इकाइयां (ईसीयू): 125 डिग्री सेल्सियस इंजन डिब्बे में काम करें, एल्यूमीनियम पीसीबी के साथ थर्मल थ्रॉटलिंग को रोकें।
4उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स
गेमिंग कंसोलः पावर सप्लाई और GPU VRM (वोल्टेज रेगुलेटर मॉड्यूल) कॉम्पैक्ट बाथरूम में 100W+ भार को संभालने के लिए एल्यूमीनियम पीसीबी का उपयोग करते हैं।
पोर्टेबल पावर टूल्स: बैटरी से चलने वाले ड्रिल और सॉ छोटे, सील आवासों में गर्मी को प्रबंधित करने के लिए एल्यूमीनियम पीसीबी का उपयोग करते हैं।
दक्षता को अधिकतम करने के लिए सर्वोत्तम प्रथाओं को डिजाइन करें
एल्यूमीनियम पीसीबी की पूरी क्षमता का लाभ उठाने के लिए, निम्नलिखित डिजाइन दिशानिर्देशों का पालन करें:
1. एल्यूमीनियम कोर मोटाई का अनुकूलन
उच्च शक्ति (>100W): गर्मी के प्रसार को अधिकतम करने के लिए 2.0~3.0 मिमी मोटी कोर का उपयोग करें।
कम प्रोफाइलः उपभोक्ता उपकरणों के लिए 0.8-1.5 मिमी के कोर थर्मल प्रदर्शन और आकार को संतुलित करते हैं।
2सही डाइलेक्ट्रिक परत चुनें
सामान्य उपयोगः सिरेमिक से भरा हुआ एपॉक्सी (1 ¢ 3 W/m · K) लागत और थर्मल चालकता का एक अच्छा संतुलन प्रदान करता है।
अत्यधिक गर्मीः सिलिकॉन आधारित डाईलेक्ट्रिक्स (35 W/m·K) ऑटोमोटिव और औद्योगिक उपयोग के लिए उच्च तापमान (180°C+) को संभालते हैं।
3थर्मल पथों के लिए डिजाइन
थर्मल वाइसः तांबे के निशान को सीधे एल्यूमीनियम कोर से जोड़ने के लिए गर्म घटकों (जैसे, एलईडी, ट्रांजिस्टर) के नीचे 0.3~0.5 मिमी के वाइस जोड़ें, आरथ को 30% तक कम करें।
तांबा छिड़कावः उच्च शक्ति वाले घटकों से गर्मी फैलाने के लिए पतले निशानों के बजाय बड़े, ठोस तांबे के क्षेत्रों का उपयोग करें।
4. संतुलन तांबा वजन और लागत
उच्च धारा (>10A): 2 ̊4 औंस तांबा प्रवाह से प्रतिरोध और गर्मी को कम करता है।
कम करंट (<5A): 1 औंस तांबा प्रदर्शन का त्याग किए बिना लागत को कम करता है।
आम मिथक और गलत धारणाएँ
मिथकः एल्यूमीनियम पीसीबी केवल एलईडी के लिए हैं।
तथ्य: वे किसी भी उच्च शक्ति अनुप्रयोग में उत्कृष्ट हैं, ईवी से लेकर औद्योगिक नियंत्रण तक ∙ एलईडी सिर्फ सबसे आम उपयोग के मामले हैं।
मिथकः मोटे एल्यूमीनियम कोर हमेशा बेहतर प्रदर्शन करते हैं।
तथ्य: घटती हुई वापसी लागू होती है। 1 मिमी से 2 मिमी मोटी एल्यूमीनियम से घटक तापमान 15 डिग्री सेल्सियस तक कम होता है, लेकिन 2 मिमी से 3 मिमी तक यह केवल 5 डिग्री सेल्सियस तक कम होता है।
मिथकः एल्यूमीनियम पीसीबी उच्च वोल्टेज को संभाल नहीं सकते।
तथ्य: डायलेक्ट्रिक परत एल्यूमीनियम कोर को तांबे के निशानों से अलग करती है, जिसमें ब्रेकडाउन वोल्टेज ≥20kV/mm है जो 600V+ पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए उपयुक्त है।
सामान्य प्रश्न
प्रश्न: क्या एल्यूमीनियम पीसीबी का उपयोग लचीले डिजाइनों में किया जा सकता है?
A: हाँ
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