알루미늄 PCB 단열 구멍: 제조 과정, 설계 팁, 성능 영향

우수한 열전도율 덕분에 알루미늄 PCB (금속 코어 PCB 또는 MCPCBS)는 고전력 전자 제품에 없어서는 안될 알루미늄이되었습니다. 이 보드의 비판적이지만 간과되는 특징은 단열 홀입니다. 절연 구리는 알루미늄 기판으로부터 전도성 구리 층을 분리하여 열 성능을 유지하면서 단락을 방지하는 정밀 엔지니어링 개구부입니다. 단열 홀의 설계 및 제조는 알루미늄 PCB의 신뢰성, 안전 및 비용에 직접적인 영향을 미칩니다. 이 안내서는 단열 홀의 역할을 탐구하고, 제조 방법을 비교하며, 모범 사례를 제공하여 고출력 응용 분야에서 최적의 성능을 보장합니다.

알루미늄 PCB의 단열 구멍은 무엇입니까?
절연 홀 ( "분리 구멍"또는 "열 방지 구멍"이라고도 함)은 알루미늄 기판을 통해 뚫린 개구부 및 알루미늄 PCB의 유전체 층으로 전도성 구리 트레이스와 알루미늄 코어 사이의 장벽을 만듭니다. 주요 기능에는 다음이 포함됩니다.
A. 전기 분리 : 구리 층 (전류 운반)과 알루미늄 기판 (접지 또는 방열판 역할을 할 수 있음) 사이의 직접 접촉을 방지하여 단락을 제거합니다.
B. 청부 관리 : 전기 분리를 유지하면서 구리 추적에서 알루미늄 코어로 제어 된 열 전달을 허용합니다.
C.component 장착 : 보드를 관통하는 통과 구성 요소, 나사 또는 커넥터를위한 공간을 제공합니다.
구멍이 구리 층을 분리하면 필요한 표준 PCB와 달리 알루미늄 PCB 단열 구멍은 또한 금속 코어를 침투하여 설계 및 제조에 복잡성을 제공해야합니다.

절연 홀에 대한 주요 설계 매개 변수
단열 홀의 성능은 세 가지 중요한 설계 매개 변수에 따라 다릅니다. 각 균형 전기 안전 및 열 효율은 다음과 같습니다.
1. 직경
최소 직경 : 유전체 층 및 알루미늄 기판의 두께에 의해 결정됩니다. 50μm 유전체 인 1.0mm 알루미늄 코어의 경우, 최소 직경은 일반적으로 0.8–1.0mm이며 완전한 분리를 보장합니다.
실용 범위 : 0.8mm ~ 5.0mm, 구성 요소 장착 또는 중장비에 사용되는 더 큰 직경.
충격 : 직경이 너무 작은 위험은 유전체 파괴 (단락)을 유지하는 반면, 지나치게 큰 구멍은 구리와 알루미늄 사이의 접촉을 제한하여 열전도율을 감소시킵니다.

2. 유전체 층 적용 범위
유전체 층 (전형적으로 에폭시 또는 폴리이 미드)은 절연 홀에 일치하여 전기 장벽을 형성한다. 주요 메트릭에는 다음이 포함됩니다.
두께 : 고전압 응용 (100V+)에 사용되는 두꺼운 층 (75–100μm)이있는 25–100μm.
균일 성 : 간격, 핀홀 또는 얇아지지 않고 전체 구멍 벽을 덮어야합니다.

3. 구리 흔적으로부터의 거리
절연 구멍은 전기 방전을 피하기 위해 구리 흔적에서 충분히 간격을 두어야합니다.
최소 거리 : 작동 전압에 따라 구리 패드의 가장자리에서 0.5–1.0mm (높은 전압에는 더 큰 간격이 필요함).
이론적 근거 : 먼지, 수분 또는 전압 응력으로 인해 유전체 표면을 따라 "추적"(전도성 경로 형성)을 방지합니다.

알루미늄 PCB 단열 구멍의 제조 공정
신뢰할 수있는 단열 구멍을 만들려면 유전체 무결성을 유지하면서 알루미늄 및 유전체 층을 시추하는 특수 공정이 필요합니다. 세 가지 주요 방법은 다음과 같습니다.
1. 기계식 드릴링
기계식 드릴링은 탄화물 또는 다이아몬드 팁 드릴을 사용하여 알루미늄 기판 및 유전체 층에 침투합니다.
프로세스 단계 :
A. 알루미늄 PCB를 강성 고정구로 확보하여 뒤틀림을 방지하십시오.
B. 버링을 피하기 위해 가변 속도 (3,000–10,000 rpm)의 CNC 드릴을 사용하십시오.
C. 브러시 또는 화학 식 에센트가있는 C.deburr 구멍으로 알루미늄 및 구리 조각을 제거합니다.
D. 세련된 구멍은 유전체 접착력을 손상시킬 수있는 잔해물을 제거합니다.

장점 :
A. 대규모 생산 비용 (10,000 개 이상)의 비용.
B. 직경 ≥0.8mm의 경우에는 적합합니다.
표준 PCB 제조 라인과 함께 c.compatible.

제한 사항 :
A. 드릴 압력으로 인한 유전체 손상 (균열 또는 가늘어).
B. 작은 직경의 정밀도 (<0.8mm).
C. 알루미늄 버에는 단락을 방지하기 위해 철저한 디버링이 필요합니다.

2. 레이저 드릴링
레이저 드릴링은 고출력 UV 또는 COS 레이저를 사용하여 재료를 기화시켜 기계적 접촉없이 정확한 구멍을 만듭니다.
프로세스 단계 :
A. 컴퓨터 보조 디자인 (CAD) 데이터를 레이저 경로를 프로그래밍하기위한 데이터를 사용하십시오.
B. Laser는 먼저 알루미늄 기판을 제거한 다음 유전체 층을 제거합니다 (유전체 연소를 피하기 위해 전력 조정).
C. 저전력 레이저가 부드러운 구멍 벽을 갖춘 포스트 프로세스.

장점 :
A. 높은 정밀도 (± 0.01mm 공차로 0.2mm의 직경).
B. 노출, 후 처리 단계 감소.
C. 복잡한 패턴 또는 작은 배치의 경우.

제한 사항 :
A. 기계식 드릴링보다 높은 비용 (2–3 배 더 비쌉니다).
B. 큰 구멍의 셀워 처리량 (> 3.0mm).

3. 펀칭 (큰 구멍)
펀칭은 산업용 전력 모듈에서 일반적으로 알루미늄 PCB에서 큰 구멍 (≥5.0mm)을 전단하기 위해 경화 강철 다이를 사용합니다.
프로세스 단계 :
a. 펀치와 함께 PCB를 기준 마크를 사용하여 다이를 알리십시오.
B. 알루미늄과 유전체를 전단시키기 위해 유압 압력 (10-50 톤).
c.deburr와 구멍 가장자리를 청소하십시오.

장점 :
큰 구멍에 대한 A. Fastest 방법 (분당 100+ 구멍).
B. 대량 대규모 대규모 응용 분야의 비용.

제한 사항 :
A. 구멍 ≥5.0mm에 적합합니다.
B. 압력이 잘못 적용되는 경우 구멍 가장자리 근처의 유전체 박리의 리스크.

비교 분석 : 제조 방법

절연 홀 제조의 일반적인 과제
고급 프로세스에서도 단열 홀 생산은 세 가지 주요 과제에 직면 해 있습니다.
1. 유전체 손상
원인 : 과도한 열 (레이저 드릴링) 또는 압력 (기계식 드릴링/펀칭)은 구멍을 감싸는 유전체 층을 깨뜨 리거나 얇게 할 수 있습니다.
영향 : 특히 고전압 응용 분야 (예 : 220V 입력을 가진 LED 드라이버)에서 전압 아크 또는 단락이 발생할 수있는 약점을 만듭니다.
솔루션 : 유전 응력을 최소화하기 위해 레이저 전원 (UV 레이저의 경우 10–30W) 또는 드릴 속도 (5,000–8,000 rpm)를 최적화하십시오.

2. 알루미늄 버
원인 : 기계식 드릴링은 유전체를 뚫는 날카로운 알루미늄 조각 (BURR)을 남겨 두어 반바지를 유발할 수 있습니다.
영향 : 특히 습한 환경에서 해결되지 않은 경우 PCB의 5-10%에서 현장 고장.
솔루션 : 다이아몬드 팁 드릴과 드릴 후 화학적 디버 링 (예 : 수산화 나트륨 욕조)을 사용하여 버를 제거하십시오.

3. 열전도율 손실
원인 : 대형 단열 구멍은 구리 트레이스와 알루미늄 코어 사이의 접촉 영역을 감소시켜 열 소산이 손상됩니다.
충격 : LED 접합 온도는 10-15 ° C 증가하여 수명이 20-30%감소합니다.
솔루션 : 필요한 직경이 가장 작은 디자인 구멍과 구멍에 인접한 열 비아를 사용하여 열 흐름을 방향을 바꿉니다.

응용 분야 : 단열 구멍이 가장 중요한 곳
절연 홀은 전기 안전 및 열 성능이 똑같이 중요한 응용 분야에서 중요합니다.
1. 고출력 LED 조명
도전 : LED PCB는 10-100W에서 작동하며 (충격을 방지하기 위해) 분리와 효율적인 열전달 (루멘 감가 상각을 피하기 위해)이 모두 필요합니다.
절연 홀 설계 : 75μm 유전체 층이있는 1.0–2.0mm 직경 구멍, 구리 패드에서 1.0mm 간격.
결과 : 열 저항 <1 ° C/W를 유지하면서 2kV 분리를 보장하고, 수명을 50,000 시간 이상으로 확장했습니다.

2. 자동차 전력 모듈
도전 : EV 배터리 관리 시스템 (BMS)은 400–800V를 처리하여 반바지를 방지하기 위해 강력한 단열재를 요구합니다.
절연 홀 설계 : 100μm 유전체 층이있는 3.0–5.0mm 직경 구멍, 전압 내구성에 대한 IPC-2221 표준으로 테스트되었습니다.
결과 : 유전체 파괴없이 1,000+ 열 사이클 (-40 ° C ~ 125 ° C)을 견딜 수 있습니다.

3. 산업용 모터 컨트롤러
도전 : 컨트롤러는 고전류 (10–50A)를 전환하여 알루미늄 방열판에 도달 해야하는 열을 생성합니다.
절연 홀 설계 : 각 절연 홀을 둘러싼 열 VIA (0.3mm)가있는 최소 구멍 직경 (0.8–1.2mm).
결과 : 크고 희소 한 구멍이있는 설계에 비해 열 저항을 30% 줄입니다.

단열 홀 설계 및 제조를위한 모범 사례
신뢰성과 성능을 극대화하려면 다음과 같은 지침을 따르십시오.
1. 전압 및 전력 설계
전압 등급 :> 100V 응용 분야에 더 두꺼운 유전체 층 (75–100μm)을 사용하십시오. 25–50μm는 <50V에 충분합니다.
현재 취급 : 고전류 흔적 아래에 절연 구멍을 배치하지 마십시오 (> 5A). 근처의 열 비아를 사용하여 열을 소산하십시오.

2. 올바른 제조 방법을 선택하십시오
작은 구멍 (<1.0mm) 또는 복잡한 패턴 : 레이저 드릴링.
중간 구멍 (1.0–5.0mm) 및 대량 : 기계식 드릴링의 경우.
큰 구멍 (> 5.0mm) 및 대량 : 펀칭의 경우.

3. 신뢰성을 테스트하십시오
전압 고장 테스트 : 1 분 동안 작동 전압을 1.5 배 (IPC-TM-650에 따라 2.5.6.2)로 바르지 않도록하십시오.
열 사이클링 : 1,000 사이클 동안 피험자 PCB를 -40 ° C ~ 125 ° C로 한 다음 X- 레이를 통해 유전체 균열을 확인하십시오.
습도 테스트 : 85 ° C에서 1,000 시간 동안 85% RH에 노출 된 후 절연 저항 측정 (> 10 Ω)에 노출됩니다.

4. 비용을 최적화하십시오
구멍 직경을 표준화하여 툴링 변경을 줄입니다 (예 : 설계에서 1.0mm 및 3.0mm 홀 사용).
작은 구멍에 대한 레이저 드릴링을 작은 구멍과 함께 큰 구멍을 결합하여 정밀도와 비용의 균형을 맞추십시오.

단열 홀 제조의 미래 트렌드
재료 및 기술의 발전은 단열 홀 성능을 향상시키고 있습니다.
나노 코팅 된 유전체 : 세라믹 나노 입자 (ALATE)를 갖는 새로운 에폭시 층은 유전체 강도를 40%증가시켜 얇은 층 (50μm)이 2kV를 처리 할 수있게한다.
AI 중심 드릴링 : 머신 러닝 알고리즘 레이저 전력 및 드릴 속도를 실시간으로 최적화하여 유전체 손상을 25%줄입니다.
3D 프린팅 : 실험 프로세스는 유전체 라이닝을 구멍에 직접 인쇄하여 간격을 제거하고 균일 성을 향상시킵니다.

FAQ
Q : 단열 구멍이 견딜 수있는 최대 전압은 무엇입니까?
A : 100μm 유전체 층의 절연 홀은 일반적으로 2–5kV를 처리합니다. 특수 재료 (예 : 세라믹으로 채워진 유전체)는 이것을 10kv+로 확장 할 수 있습니다.

Q : 단열 구멍을 표면 마운트 구성 요소 (SMD)와 함께 사용할 수 있습니까?
A : 그렇습니다.하지만 성분과 알루미늄 기판 사이의 솔더 브리징을 피하기 위해 SMD 패드에서 최소 0.5mm 떨어져 있어야합니다.

Q : 단열 구멍은 열 저항에 어떤 영향을 미칩니 까?

A : 각 1mm 직경 구멍은 열 저항을 ~ 0.1 ° C/W만큼 증가시킵니다. 구멍에 인접한 열 비아를 사용하면이를 50%상쇄 할 수 있습니다.

Q : 단열 구멍에 대한 환경 표준이 있습니까?
A : 예, IPC-2221 (일반 PCB 설계) 및 IPC-2223 (Flexible PCB)은 안전에 대한 최소 단열 거리 및 유전체 요구 사항을 지정합니다.

결론
절연 홀은 고전력 응용 분야에서 전기 안전 및 열 성능의 균형을 잡는 알루미늄 PCB의 중요하면서도 저평가 된 구성 요소입니다. 오른쪽 직경, 유전체 두께 및 제조 방법 (비용에 대한 기계식 드릴링, 정밀도를위한 레이저 드릴링 또는 큰 구멍의 펀칭을 선택하면 엔지니어가 LED 조명, 자동차 시스템 및 산업용 컨트롤러의 신뢰성을 보장 할 수 있습니다.
전자 장치가 계속 더 높은 전력 밀도를 향해 나아가면서 단열 홀 설계는 중요하게 증가 할 것입니다. 정확한 제조 및 엄격한 테스트에 투자하면 알루미늄 PCB가 현대 전자 제품에 필요한 안전, 효율성 및 수명을 제공합니다.
주요 테이크 아웃 : 단열 구멍은 단순히 개구부가 아닙니다. 알루미늄 PCB가 고전력 환경에서 안전하고 효율적으로 수행 할 수있는 엔지니어링 장벽입니다. 적절한 설계 및 제조는 잠재력을 최대한 활용하는 데 필수적입니다.