鋁基闆:金屬基複銅闆-中文百科頻道

定義

鋁基闆是一種具有良好散熱功能的金屬基複銅闆，一般單面闆由三層結構所組成，分别是電路層（銅箔）、絕緣層和金屬基層。用于高端使用的也有設計為雙面闆，結構為電路層、絕緣層、鋁基、絕緣層、電路層。極少數應用為多層闆，可以由普通的多層闆與絕緣層、鋁基貼合而成。

LED鋁基闆就是PCB，也是印刷線路闆的意思，隻是線路闆的材料是鋁合金，以前我們一般的線路闆的材料是玻纖，但因為LED發熱較大，所以LED燈具用的線路闆一般是鋁基闆，能夠導熱快，其他設備或電器類用的線路闆還是玻纖闆！

工作原理

功率器件表面貼裝在電路層，器件運行時所産生的熱量通過絕緣層快速傳導到金屬基層，然後由金屬基層将熱量傳遞出去，從而實現對器件的散熱（請見圖2）與傳統的FR-4比，鋁基闆能夠将熱阻降至最低，使鋁基闆具有極好的熱傳導性能；與厚膜陶瓷電路相比，它的機械性能又極為優良。

此外，鋁基闆還有如下獨特的優勢：

Ø符合RoHs要求；

Ø更适應于SMT工藝；

Ø在電路設計方案中對熱擴散進行極為有效的處理，從而降低模塊運行溫度，延長使用壽命，提高功率密度和可靠性；

Ø減少散熱器和其它硬件（包括熱界面材料）的裝配，縮小産品體積，降低硬件及裝配成本；Ø将功率電路和控制電路最優化組合；

Ø取代易碎的陶瓷基闆，獲得更好的機械耐久力。

構成

線路層

線路層（一般采用電解銅箔）經過蝕刻形成印制電路，用于實現器件的裝配和連接。與傳統的FR-4相比，采用相同的厚度，相同的線寬，鋁基闆能夠承載更高的電流。

絕緣層

絕緣層是鋁基闆最核心的技術，主要起到粘接，絕緣和導熱的功能。鋁基闆絕緣層是功率模塊結構中最大的導熱屏障。絕緣層熱傳導性能越好，越有利于器件運行時所産生熱量的擴散，也就越有利于降低器件的運行溫度，從而達到提高模塊的功率負荷，減小體積，延長壽命，提高功率輸出等目的。

圖5是一個典型的電機控制器模塊，其中右側圖示采用傳統工藝（FR-4），使用了大量的散熱器、熱界面材料和其它配件，模塊體積龐大，結構複雜，裝配成本較高；而左側因為采用了高導熱性能的鋁基闆，得到了一個高度自動化的表貼産品，整個産品的部件從130個減少到18個，功率負荷增加了30%，模塊體積大大縮小。此類高功率密度的模塊，隻有高導熱性能的鋁基闆方可勝任。

金屬基層

絕緣金屬基闆采用何種金屬，需要取決于金屬基闆的熱膨脹系數，熱傳導能力，強度，硬度，重量，表面狀态和成本等條件的綜合考慮。

一般情況下，從成本和技術性能等條件來考慮，鋁闆是比較理想的選擇。可供選擇的鋁闆有6061，5052，1060等。如果有更高的熱傳導性能、機械性能、電性能和其它特殊性能的要求，銅闆、不鏽鋼闆、鐵闆和矽鋼闆等亦可采用。

特點

鋁基闆（金屬基散熱闆（包含鋁基闆，銅基闆，鐵基闆））是低合金化的Al-Mg-Si系高塑性合金闆（結構見下圖），它具有良好的導熱性、電氣絕緣性能和機械加工性能，鋁基闆與傳統的FR－4相比，采用相同的厚度，相同的線寬，鋁基闆能夠承載更高的電流，鋁基闆耐壓可達4500V，導熱系數大于2.0，在行業中以鋁基闆為主。

●采用表面貼裝技術（SMT）；

●在電路設計方案中對熱擴散進行極為有效的處理；

●降低産品運行溫度，提高産品功率密度和可靠性，延長産品使用壽命；

●縮小産品體積，降低硬件及裝配成本；

●取代易碎的陶瓷基闆，獲得更好的機械耐久力。結構

鋁基複銅闆是一種金屬線路闆材料、由銅箔、導熱絕緣層及金屬基闆組成，它的結構分三層：

Cireuitl.Layer線路層：相當于普通PCB的複銅闆，線路銅箔厚度loz至10oz。

DielcctricLayer絕緣層：絕緣層是一層低熱阻導熱絕緣材料。厚度為：0.003”至0.006”英寸是鋁基複銅闆的核心技術所在，已獲得UL認證。BaseLayer基層：是金屬基闆，一般是鋁或可所選擇銅。鋁基複銅闆和傳統的環氧玻璃布層壓闆等。

PCB材料相比有着其它材料不可比拟的優點。适合功率組件表面貼裝SMT公藝。

無需散熱器，體積大大縮小、散熱效果極好，良好的絕緣性能和機械性能。

LED晶粒基闆主要是作為LED晶粒與系統電路闆之間熱能導出的媒介，借由打線、共晶或複晶的制程與LED晶粒結合。而基于散熱考量，市面上LED晶粒基闆主要以陶瓷基闆為主，以線路備制方法不同約略可區分為：厚膜陶瓷基闆、低溫共燒多層陶瓷、以及薄膜陶瓷基闆三種，在傳統高功率LED元件，多以厚膜或低溫共燒陶瓷基闆作為晶粒散熱基闆，再以打金線方式将LED晶粒與陶瓷基闆結合。

如前言所述，此金線連結限制了熱量沿電極接點散失之效能。因此，國内外大廠無不朝向解決此問題而努力。其解決方式有二，其一為尋找高散熱系數之基闆材料，以取代氧化鋁，包含了矽基闆、碳化矽基闆、陽極化鋁基闆或氮化鋁基闆，其中矽及碳化矽基闆之材料半導體特性，使其現階段遇到較嚴苛的考驗，而陽極化鋁基闆則因其陽極化氧化層強度不足而容易因碎裂導緻導通，使其在實際應用上受限，因而，現階段較成熟且普通接受度較高的即為以氮化鋁作為散熱基闆；

然而，目前受限于氮化鋁基闆不适用傳統厚膜制程(材料在銀膠印刷後須經850℃大氣熱處理，使其出現材料信賴性問題)，因此，氮化鋁基闆線路需以薄膜制程備制。以薄膜制程備制之氮化鋁基闆大幅加速了熱量從LED晶粒經由基闆材料至系統電路闆的效能，因此大幅降低熱量由LED晶粒經由金屬線至系統電路闆的負擔，進而達到高熱散的效果。

用途

鋁基闆用途：功率混合IC（HIC）。

音頻設備

輸入、輸出放大器、平衡放大器、音頻放大器、前置放大器、功率放大器等。

電源設備

開關調節器`DC/AC轉換器`SW調整器等。

通訊電子設備

高頻增幅器`濾波電器`發報電路。

辦公自動化設備

電動機驅動器等。

汽車

電子調節器`點火器`電源控制器等。

計算機

CPU闆`軟盤驅動器`電源裝置等。

功率模塊

換流器`固體繼電器`整流電橋等。

燈具燈飾

随着節能燈的提倡推廣，各種節能絢麗的LED燈大受市場歡迎，而應用于LED燈的鋁基闆也開始大規模應用。

工藝流程

一、開料

1、開料的流程

領料——剪切

2、開料的目的

将大尺寸的來料剪切成生産所需要的尺寸

3、開料注意事項

①開料首件核對首件尺寸

②注意鋁面刮花和銅面刮花

③注意闆邊分層和披鋒

二、鑽孔

1、鑽孔的流程

打銷釘——鑽孔——檢闆

2、鑽孔的目的

對闆材進行定位鑽孔對後續制作流程和客戶組裝提供輔助

3、鑽孔的注意事項

①核對鑽孔的數量、孔的大小

②避免闆料的刮花

③檢查鋁面的披鋒，孔位偏差

④及時檢查和更換鑽咀

⑤鑽孔分兩階段，一鑽：開料後鑽孔為外圍工具孔

二鑽：阻焊後單元内工具孔

三、幹/濕膜成像

1、幹/濕膜成像流程

磨闆——貼膜——曝光——顯影

2、幹/濕膜成像目的

在闆料上呈現出制作線路所需要的部分

3、幹/濕膜成像注意事項

①檢查顯影後線路是否有開路

②顯影對位是否有偏差，防止幹膜碎的産生

③注意闆面擦花造成的線路不良

④曝光時不能有空氣殘留防止曝光不良

⑤曝光後要靜止15分鐘以上再做顯影

四、酸性/堿性蝕刻

1、酸性/堿性蝕刻流程

蝕刻——退膜——烘幹——檢闆

2、酸性/堿性蝕刻目的

将幹/濕膜成像後保留需要的線路部分，除去線路以外多餘的部分，酸性蝕刻時應注意蝕刻藥水對鋁基材的腐蝕；

3、酸性/堿性蝕刻注意事項

①注意蝕刻不淨，蝕刻過度

②注意線寬和線細

③銅面不允許有氧化，刮花現象

④退幹膜要退幹淨

五、絲印阻焊、字符

1、絲印阻焊、字符流程

絲印——預烤——曝光——顯影——字符

2、絲印阻焊、字符的目的

①防焊：保護不需要做焊錫的線路，阻止錫進入造成短路

②字符：起到标示作用

3、絲印阻焊、字符的注意事項

①要檢查闆面是否存在垃圾或異物

②檢查網闆的清潔度

③絲印後要預烤30分鐘以上，以避免線路見産生氣泡

④注意絲印的厚度和均勻度

⑤預烤後闆要完全冷卻，避免沾菲林或破壞油墨表面光澤度

⑥顯影時油墨面向下放置

六、V-CUT，鑼闆

1、V-CUT，鑼闆的流程

V-CUT——鑼闆——撕保護膜——除披鋒

2、V-CUT，鑼闆的目的

①V-CUT：将單PCS線路與整PNL的闆材切割留有少部分相連方便包裝與取出使用

②鑼闆：将線路闆中多餘的部分除去

3、V-CUT，鑼闆的注意事項

①V-CUT過程中要注意V的尺寸，邊緣的殘缺、毛刺

②鑼闆時注意造成毛刺，鑼刀偏斜，及時的檢查和更換鑼刀

③最後在除披鋒時要避免闆面劃傷

七、測試，OSP

1、測試，OSP流程

線路測試——耐電壓測試——OSP

2、測試，OSP的目的

①線路測試：檢測已完成的線路是否正常工作

②耐電壓測試：檢測已完成線路是否能承受指定的電壓環境

③OSP：讓線路能更好的進行錫焊

3、測試，OSP的注意事項

①在測試後如何區分後如何存放合格與不合格品

②做完OSP後的擺放

③避免線路的損傷

八、FQC，FQA，包裝，出貨

1、流程

FQC——FQA——包裝——出貨

2、目的

①FQC對産品進行全檢确認

②FQA抽檢核實

③按要求包裝出貨給客戶

3、注意

①FQC在目檢過程中注意對外觀的确認，作出合理區分

②FQA真對FQC的檢驗标準進行抽檢核實

③要确認包裝數量，避免混闆，錯闆和包裝破損

生産能力

最大加工面積

闆厚

最小線寬

最小間距0.10mm

最小孔徑0.15mm

孔壁銅厚>0.025mm

金屬化孔徑公差±0.05mm

非金屬化孔徑公差e±0.05mm

孔位公差±0.076mm

外形尺寸公差±0.1mm

開槽30°/45°/60°

最小BGA焊盤14mil

PCB交流阻抗控制≤50Ω±5Ω

>50Ω±10%

阻焊層最小橋寬

阻焊膜最小厚寬

絕緣電阻

抗剝強度

阻焊劑硬度

熱衡擊測試

通斷測試電壓

介質常數

體積電阻

測試項目

實驗條件

典型值

厚度

性能參數

剝離強度

耐焊錫性

不分層，不起泡

絕緣擊穿電壓

熱阻

熟阻抗

導熱系數

表面電阻

體積電阻

介電常數

介電損耗

耐燃性

※以上厚度僅為膠層厚度，不包括銅箔與銅闆。

結構

絕緣層厚：75um±%導體厚：35um±10%

金屬闆厚：1.0mm±0.1mm

儲存條件

鋁基闆一般儲存在陰暗、幹燥的環境裡，大多數鋁基闆極易容易發潮、發黃和發黑，一般打開真空包裝後48小時内要使用。

型号

鋁基闆常用的金屬鋁基的闆材主要有1000系、5000系和6000系，這三系鋁材的基本特性如下：①1000系列代表1050、1060、1070，1000系列鋁闆又稱為純鋁闆，在所有系列中1000系列屬于含鋁量最多的，純度可以達到99.00%以上。由于不含有其他技術元素，所以生産過程比較單一，價格相對比較便宜，是目前常規工業中最常用的一個系列。

市場上流通的大部分為1050和1060系列。1000系列鋁闆是根據最後兩位數字來确定這個系列的最低含鋁量，比如1050系列最後兩位數字為50，根據國際牌号命名原則，其含鋁量必須達到99.5%以上方為合格産品。在我國的鋁合金技術标準(GB/T3880-2006)中也明确規定1050含鋁量達到99.5%。同樣的道理1060系列鋁闆的含鋁量必須達到99.6%以上。

②5000系列代表5052、5005、5083、5A05系列。5000系列鋁闆屬于較常用的合金鋁闆系列，主要元素為鎂，含鎂量在3-5%之間，其又稱為鋁鎂合金。主要特點為密度低、抗拉強度高、延伸率高等。在相同面積下鋁鎂合金的重量低于其他系列，故常用在航空方面，比如飛機油箱。另外在常規工業中應用也較為廣泛。其加工工藝為連鑄連軋，屬于熱軋鋁闆系列，故能做氧化深加工。在我國5000系列鋁闆屬于較為成熟的鋁闆系列之一。

③6000系列代表6061主要含有鎂和矽兩種元素，故集中了4000系列和5000系列的優點6061是一種冷處理鋁鍛造産品，适用于對抗腐蝕性、氧化性要求高的應用。可使用性好，接口特點優良，容易塗層，加工性好。6061的一般特點：優良的接口特征、容易塗層、強度高、可使用性好，抗腐蝕性強。6061鋁的典型用途：飛機零件、照相機零件、耦合器、船舶配件和五金、電子配件和接頭等方面。從材料本身的質地、硬度、延伸率、化學性能和價格等方面考慮，鋁基闆一般常用5000系鋁材中的5052合金鋁闆。