แผงวงจรพิมพ์มีหลายประเภทโดยใช้วัสดุที่แตกต่างกันตามการใช้งานและประสิทธิภาพ อลูมิเนียมและใยแก้ว (FR4) เป็นวัสดุ PCB สองชนิดที่ผู้ผลิตใช้ในการออกแบบแผงวงจรตามความต้องการของลูกค้า

อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือวัสดุทั้งสองนี้แตกต่างกันในหลายมุมมอง เช่น องค์ประกอบ ราคา การผลิต การทำงาน และการใช้งาน ดังนั้น หากคุณกำลังมองหา PCBs สำหรับการใช้งานของคุณ การพิจารณาถึงความแตกต่างระหว่างวัสดุเป็นสิ่งสำคัญในการตัดสินใจเลือกที่เหมาะสมและเป็นที่ต้องการ เนื่องจากคุณภาพและประสิทธิภาพมีความสำคัญมากที่สุด

บทความนี้เน้นความแตกต่างระหว่าง อลูมิเนียม PCB และ FR4 พีซีบี เพื่อให้คุณแยกแยะได้ง่าย เราจะแยกความแตกต่างของวัสดุ PCB เหล่านี้ตามประสิทธิภาพ ระดับการป้องกัน วัสดุ การใช้งาน และราคา เพื่อให้ภาพรวมคร่าวๆ ของสิ่งที่คุณต้องการ

มาเริ่มกันเลย

• ธรรมชาติของวัสดุ:

หากคุณกำลังมองหาวัสดุแกนโลหะ อลูมิเนียมอาจเป็นทางเลือกที่ดีที่สุด ชั้นหลักประกอบด้วยแกนอะลูมิเนียมผสมใยแก้ว เปลือกโลหะมีชั้นความร้อนสำหรับกระจายพลังงานความร้อนที่สร้างขึ้นเพื่อป้องกัน PCB จากความร้อนขึ้น ทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้าเย็นลง เพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน

FR4 PCBs ประกอบด้วยใยแก้วทอและอีพอกซีเรซินที่มีฟอยล์ทองแดงอยู่ด้านหนึ่ง FR เป็นรูปแบบสั้นของ Flame Retardant ซึ่งเป็นวัสดุฮาโลเจนที่ใช้เป็นชั้นที่ไม่นำไฟฟ้าที่มีการเกาะติดแน่นกับทองแดง พวกเขาทำหน้าที่เป็นชั้นเคลือบดับตัวเอง

• การนำความร้อน

ถ้าคุณต้องการ PCB สำหรับไฟ LEDอลูมิเนียมเป็นตัวเลือกที่ดีกว่าเนื่องจากทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นที่เอื้ออำนวย ช่วยให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ ซึ่งแตกต่างจาก FR4 ซึ่งเป็นวัสดุไฟเบอร์กลาสที่ไม่นำไฟฟ้า PCB สำหรับ LED ฟ้าผ่าสำหรับการถ่ายโอนไฟฟ้าระหว่างส่วนประกอบต่างๆ เพื่อสร้างความร้อน ทำให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น FR4 PCBs ไม่อนุญาตให้สร้างความร้อนมากเกินไป ดังนั้นการนำความร้อนของ PCB อะลูมิเนียมจึงดีกว่า FR4 PCBs

• ค่า CTR

ค่า CTR หรือสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของ FR4 PCBs มากกว่าอะลูมิเนียม PCBs: 50×106cm/cm-C ของอะลูมิเนียม PCBs และ 110*106cm/cm-C ของ FR4 แผ่นบวก 17*106cm/cm-C ของทองแดง ค่าการขยายตัวทางความร้อนของแผ่น FR4 และทองแดงเพิ่มเพื่อให้ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนสำหรับ FR4 PCBs สูงขึ้น และความแตกต่างระหว่างค่าดังกล่าวแสดงถึงความน่าเชื่อถือ หมายความว่าวัสดุพิมพ์สามารถขยายตัวได้ง่ายเมื่อสัมผัสกับความร้อนและเปลี่ยนสายไฟทองแดง นอกจากนี้ยังอาจทำให้เกิดการแตกของรูโลหะบน PCBs ซึ่งนำไปสู่ผลกระทบที่เป็นอันตราย อย่างไรก็ตาม การขยายตัวทางความร้อนของอะลูมิเนียม PCBs ทำให้มีความแตกต่างน้อยกว่าระหว่างการขยายตัวของทองแดงกับการขยายตัวของทองแดง ซึ่งหมายความว่า PCBs มีคุณภาพและเชื่อถือได้ ดังนั้น PCB อะลูมิเนียมจึงดีกว่าถ้าคุณต้องการค่า CTR ต่ำสำหรับการใช้งานของคุณ

• ชั้นเคลือบ

ในแง่ของชั้น, อลูมิเนียม PCBs มีความเข้มงวดสามชั้นไม่เหมือน PCB FR4ซึ่งสามารถเป็นชั้นเดียว สองชั้น และหลายชั้นได้ อะลูมิเนียม PCB เคลือบสามชั้นประกอบด้วยพื้นผิวอะลูมิเนียม ชั้นตัวนำทองแดง และชั้นไดอิเล็กตริก ซึ่งทำให้เป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่ต้องสัมผัสกับอุณหภูมิความร้อนสูง

• ความแข็งแรงทางกลและความแข็งแกร่ง

ความแข็งแรงทางกลและความแข็งของ อลูมิเนียม PCBs มีค่ามากกว่า FR4 เนื่องจากฐานแกนโลหะ PCB อะลูมิเนียมเป็นทางเลือกที่ดีกว่าสำหรับการใช้งานที่ต้องการแผงวงจรขนาดใหญ่และมีความจุเพื่อรองรับส่วนประกอบทางไฟฟ้าหลายชนิด ชั้นซับสเตรตอะลูมิเนียมใน PCB ให้ความแข็งแรงกับส่วนประกอบมากเกินไป

• การผลิต

กระบวนการผลิตของ Aluminium PCBs นั้นแตกต่างจาก FR4 PCBs ผู้ผลิตออกแบบ FR4 PCB เป็นฉนวนไฟฟ้า วัสดุใยแก้วถูกประกบระหว่างฟอยล์ทองแดงสองชั้นที่ด้านบนและด้านล่าง วัสดุอลูมิเนียม PCB ช่วยให้เจาะ PTH ใน PCB ได้สองประเภท: ด้วยเครื่องเจาะและเครื่องฆ้อง อย่างไรก็ตาม การเจาะรูด้วยเครื่องเจาะให้ผลลัพธ์ที่ราบรื่นและแม่นยำ ซึ่งแตกต่างจากเครื่องฆ้อง ซึ่งทำให้ต้นทุนการผลิตเพิ่มขึ้น ทว่าข้อดีคือ PCB โลหะอลูมิเนียมต้องการรูยึดเพียงไม่กี่รูเท่านั้นเมื่อเทียบกับการเจาะที่เหมาะสม

อย่างไรก็ตาม FR4 PCBs และ single-layer Aluminium PCBs ไม่ต้องการการชุบด้วยไฟฟ้า PCB อะลูมิเนียมยังต้องการแผงระบายความร้อนเพิ่มเติมเพื่อให้กระแสไฟไหลผ่านส่วนประกอบต่างๆ ได้โดยไม่เกิดการกระแทกหรือความไม่สะดวก อย่างไรก็ตาม ฐานของชั้นไดอิเล็กตริกในอะลูมิเนียม PCB ช่วยให้ความร้อนกระจายและป้องกันไม่ให้อุปกรณ์ร้อนขึ้น ดังนั้น เมื่อผู้ผลิตต้องการรวมเอาเอฟเฟกต์การระบายความร้อนไว้ในแอพพลิเคชั่น เช่น LED หรืออุปกรณ์ไฟฟ้า พวกเขาจึงใช้วัสดุโลหะผสมอลูมิเนียม อย่างไรก็ตาม ไฟเบอร์กลาสที่ผสมอีพอกซีเรซินถูกใช้ในอุปกรณ์ที่ต้องการชั้นฉนวนน้ำหนักเบา ซึ่งทำหน้าที่เป็นเครื่องดับเพลิงในเครื่องจักรอุตสาหกรรม

• ความหนา

ด้านเดียวที่ FR4 PCBs เกินอลูมิเนียม PCBs คือความหนาของบอร์ด FR4 PCBs มีแผงวงจรพิมพ์ที่หนาแตกต่างกันไปตามชั้นการเคลือบหลายชั้น อย่างไรก็ตาม PCB อะลูมิเนียมมีช่วงความหนาที่ค่อนข้างต่ำโดยทั่วไปเนื่องจากความหนาของชั้นอิเล็กทริกหรือโลหะสำรอง เครดิตที่มากขึ้นไปที่เพลทสำรอง เนื่องจากส่วนประกอบที่หนาที่สุดในอะลูมิเนียม PCB คือแผ่นรองสำหรับระบายความร้อนเพิ่มเติม

ในขณะที่เปรียบเทียบความสามารถในการกระจายความร้อนของ PCBs เราจะเห็นได้ว่าความสามารถนี้เกี่ยวข้องโดยตรงกับขนาดของชั้นฉนวน ถ้าความหนาของชั้นฉนวนน้อยกว่า ก็จะลดค่าการนำความร้อนและความสามารถในการกระจายความร้อน อย่างไรก็ตาม พลังงานการกระจายความร้อนและความหนาของ PCB เป็นสัดส่วนทางอ้อมกับความต้านทานแรงดันไฟฟ้า ถ้าอะลูมิเนียม PCB เป็นแบบบาง จะมีความต้านทานแรงดันไฟต่ำ

• พื้นที่มิติ:

อะลูมิเนียม PCBs รวมการยึดติดด้วยลวดเพื่อเชื่อมต่อร่องรอยทางไฟฟ้าบนบอร์ด แทนที่ฮีตซิงก์ เป็นที่น่าสังเกตเพราะช่วยลดพื้นที่บนแผงวงจรพิมพ์ ทำให้มีที่สำหรับส่วนประกอบหรือทรานซิสเตอร์ไฟฟ้ามากขึ้น นอกจากนี้ ยังมีพื้นผิวที่เป็นโลหะ ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องใช้ยาง ไมกา หรือฉนวนอื่นๆ ที่โดยทั่วไปจะติดตั้งบนพื้นผิว PCB ดังนั้นจึงทำให้พื้นที่บนแผงวงจรว่างมากขึ้น

แม้ว่า FR4 PCB แบบบางจะใช้พื้นที่ในอุปกรณ์น้อยกว่าและสามารถนำไปใช้งานขนาดเล็กได้อย่างง่ายดาย ดังนั้น หากคุณมีพื้นที่ไม่เพียงพอ คุณสามารถพิจารณาวัสดุไฟเบอร์กลาสที่ช่วยประหยัดพื้นที่และเป็นโซลูชัน PCB ที่เบากว่าสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของคุณ

• ค่าใช้จ่าย

FR4 PCBs มีราคาถูกกว่าอะลูมิเนียม PCBs เนื่องจากสาเหตุหลายประการ และเหมาะสำหรับการใช้งานหลายประเภทเมื่อเทียบกับวัสดุ PCB อื่นๆ โลหะอลูมิเนียมมีราคาสูงกว่าวัสดุไฟเบอร์กลาสแบบทอ ชั้นการกัดและความต้านทานสารเคมีเพิ่มเติมบน PCB อะลูมิเนียมทำให้มีราคาแพงกว่า PCB อะลูมิเนียมมีความหนามากกว่า FR4 PCBs ซึ่งหมายความว่ามีวัสดุมากขึ้นและการติดตั้งส่วนประกอบทางไฟฟ้าเพิ่มเติม แต่ด้วยราคาที่มาพร้อมประสิทธิภาพ อลูมิเนียม PCB มีราคาแพง แต่ให้ประสิทธิภาพระดับไฮเอนด์ในงานอุตสาหกรรม หากคุณใช้ FR4 PCBs คุณต้องเพิ่มค่าใช้จ่ายของตัวระบายความร้อนภายนอกเพื่อลดฮอตสปอตจากความร้อนที่อาจสร้างความเสียหายให้กับอุปกรณ์หากสัมผัสกับอุณหภูมิสูง

• การใช้

การใช้ FR4 PCBs นั้นมากกว่าอะลูมิเนียม PCBs ทว่า PCB อลูมิเนียมส่วนใหญ่ใช้ในงานอุตสาหกรรม LED ผู้ผลิตต้องการอลูมิเนียม PCBs ในการใช้งานไฟ LED เนื่องจากมีการนำความร้อนสูงและความสามารถในการกระจายความร้อน ชั้นไดอิเล็กตริกยังทำให้วัสดุ PCB นี้มีประสิทธิภาพ ทำให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพของไฟ LED ที่เรืองแสงสูง ผู้ผลิตใช้ FR4 PCBs ในตัวเชื่อมต่อระหว่างกันที่มีความหนาแน่นสูงหรือ HDi PCB เนื่องจากประสิทธิภาพที่ควบคุมได้

Bottom Line:

ดังนั้น Aluminum PCBs และ FR4 PCBs มีความแตกต่างกันอย่างมากในเกือบทุกด้าน ตั้งแต่การผลิต ส่วนประกอบการติดตั้ง ระดับความต้านทาน ความน่าเชื่อถือ ความหนา การใช้งาน ฯลฯ ความแตกต่างเหล่านี้ทำให้ผู้ผลิตใช้วัสดุทั้งสองนี้ตามความต้องการของผู้บริโภค หากพวกเขาต้องการออกแบบ PCB สำหรับไฟ LED หรืออุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีอุณหภูมิหรือกระแสไฟสูง พวกเขาชอบอลูมิเนียม PCB อย่างไรก็ตาม พวกเขาใช้วัสดุเกรด FR4 สำหรับ PCB ที่ออกแบบมาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของแอพพลิเคชั่นอื่นๆ ที่ต้องเผชิญกับกระแสไฟต่ำหรือแรงดันไฟต่ำ

นอกจากนี้ บทความนี้เน้นว่า FR4 PCBs เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดหากคุณต้องการ PCB ที่มีความหนาต่างกัน อย่างไรก็ตาม หากคุณกำลังมองหา PCB ที่มีแผงป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้าที่แข็งแรงและการนำความร้อนสำหรับการกระจายความร้อน ให้เลือก Aluminium PCBs อย่างไรก็ตาม ค่าใช้จ่ายไม่สำคัญ เว้นแต่ PCB จะนำเสนอประสิทธิภาพระดับไฮเอนด์ เชื่อถือได้ และมีคุณภาพพร้อมการป้องกันขั้นสูง

แต่ถ้างบประมาณของคุณมีจำกัด คุณสามารถปรับแต่งส่วนประกอบและวัสดุสำหรับ PCB ของคุณได้ตามราคาที่คุณสามารถจ่ายได้ เนื่องจากคุณภาพต้องมาก่อน แต่ประสบการณ์ที่เหลือเชื่อในราคาที่เหมาะสมคือการรักษาที่หวานชื่น  

ความจำเป็นในการเลือกผู้ผลิตที่มีประสบการณ์ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการของคุณได้อย่างมีประสิทธิภาพมาถึงแล้ว ดังนั้น นอกจากการเลือกวัสดุ PCB ที่เหมาะสมสำหรับอุปกรณ์ของคุณแล้ว การเลือกผู้ผลิตที่เชื่อถือได้ซึ่งส่งมอบผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพตรงเวลาก็เป็นสิ่งสำคัญเช่นกัน

ฉันหวังว่าบทความนี้จะช่วยให้คุณตัดสินใจได้ว่าอะไรดีที่สุดสำหรับคุณ: อลูมิเนียม PCB หรือ FR4 PCB