铝基板:金属基复铜板-中文百科频道

定义

铝基板是一种具有良好散热功能的金属基复铜板，一般单面板由三层结构所组成，分别是电路层（铜箔）、绝缘层和金属基层。用于高端使用的也有设计为双面板，结构为电路层、绝缘层、铝基、绝缘层、电路层。极少数应用为多层板，可以由普通的多层板与绝缘层、铝基贴合而成。

LED铝基板就是PCB，也是印刷线路板的意思，只是线路板的材料是铝合金，以前我们一般的线路板的材料是玻纤，但因为LED发热较大，所以LED灯具用的线路板一般是铝基板，能够导热快，其他设备或电器类用的线路板还是玻纤板！

工作原理

功率器件表面贴装在电路层，器件运行时所产生的热量通过绝缘层快速传导到金属基层，然后由金属基层将热量传递出去，从而实现对器件的散热（请见图2）与传统的FR-4比，铝基板能够将热阻降至最低，使铝基板具有极好的热传导性能；与厚膜陶瓷电路相比，它的机械性能又极为优良。

此外，铝基板还有如下独特的优势：

Ø符合RoHs要求；

Ø更适应于SMT工艺；

Ø在电路设计方案中对热扩散进行极为有效的处理，从而降低模块运行温度，延长使用寿命，提高功率密度和可靠性；

Ø减少散热器和其它硬件（包括热界面材料）的装配，缩小产品体积，降低硬件及装配成本；Ø将功率电路和控制电路最优化组合；

Ø取代易碎的陶瓷基板，获得更好的机械耐久力。

构成

线路层

线路层（一般采用电解铜箔）经过蚀刻形成印制电路，用于实现器件的装配和连接。与传统的FR-4相比，采用相同的厚度，相同的线宽，铝基板能够承载更高的电流。

绝缘层

绝缘层是铝基板最核心的技术，主要起到粘接，绝缘和导热的功能。铝基板绝缘层是功率模块结构中最大的导热屏障。绝缘层热传导性能越好，越有利于器件运行时所产生热量的扩散，也就越有利于降低器件的运行温度，从而达到提高模块的功率负荷，减小体积，延长寿命，提高功率输出等目的。

图5是一个典型的电机控制器模块，其中右侧图示采用传统工艺（FR-4），使用了大量的散热器、热界面材料和其它配件，模块体积庞大，结构复杂，装配成本较高；而左侧因为采用了高导热性能的铝基板，得到了一个高度自动化的表贴产品，整个产品的部件从130个减少到18个，功率负荷增加了30%，模块体积大大缩小。此类高功率密度的模块，只有高导热性能的铝基板方可胜任。

金属基层

绝缘金属基板采用何种金属，需要取决于金属基板的热膨胀系数，热传导能力，强度，硬度，重量，表面状态和成本等条件的综合考虑。

一般情况下，从成本和技术性能等条件来考虑，铝板是比较理想的选择。可供选择的铝板有6061，5052，1060等。如果有更高的热传导性能、机械性能、电性能和其它特殊性能的要求，铜板、不锈钢板、铁板和硅钢板等亦可采用。

特点

铝基板（金属基散热板（包含铝基板，铜基板，铁基板））是低合金化的Al-Mg-Si系高塑性合金板（结构见下图），它具有良好的导热性、电气绝缘性能和机械加工性能，铝基板与传统的FR－4相比，采用相同的厚度，相同的线宽，铝基板能够承载更高的电流，铝基板耐压可达4500V，导热系数大于2.0，在行业中以铝基板为主。

●采用表面贴装技术（SMT）；

●在电路设计方案中对热扩散进行极为有效的处理；

●降低产品运行温度，提高产品功率密度和可靠性，延长产品使用寿命；

●缩小产品体积，降低硬件及装配成本；

●取代易碎的陶瓷基板，获得更好的机械耐久力。结构

铝基复铜板是一种金属线路板材料、由铜箔、导热绝缘层及金属基板组成，它的结构分三层：

Cireuitl.Layer线路层：相当于普通PCB的复铜板，线路铜箔厚度loz至10oz。

DielcctricLayer绝缘层：绝缘层是一层低热阻导热绝缘材料。厚度为：0.003”至0.006”英寸是铝基复铜板的核心技术所在，已获得UL认证。BaseLayer基层：是金属基板，一般是铝或可所选择铜。铝基复铜板和传统的环氧玻璃布层压板等。

PCB材料相比有着其它材料不可比拟的优点。适合功率组件表面贴装SMT公艺。

无需散热器，体积大大缩小、散热效果极好，良好的绝缘性能和机械性能。

LED晶粒基板主要是作为LED晶粒与系统电路板之间热能导出的媒介，借由打线、共晶或复晶的制程与LED晶粒结合。而基于散热考量，市面上LED晶粒基板主要以陶瓷基板为主，以线路备制方法不同约略可区分为：厚膜陶瓷基板、低温共烧多层陶瓷、以及薄膜陶瓷基板三种，在传统高功率LED元件，多以厚膜或低温共烧陶瓷基板作为晶粒散热基板，再以打金线方式将LED晶粒与陶瓷基板结合。

如前言所述，此金线连结限制了热量沿电极接点散失之效能。因此，国内外大厂无不朝向解决此问题而努力。其解决方式有二，其一为寻找高散热系数之基板材料，以取代氧化铝，包含了矽基板、碳化矽基板、阳极化铝基板或氮化铝基板，其中矽及碳化矽基板之材料半导体特性，使其现阶段遇到较严苛的考验，而阳极化铝基板则因其阳极化氧化层强度不足而容易因碎裂导致导通，使其在实际应用上受限，因而，现阶段较成熟且普通接受度较高的即为以氮化铝作为散热基板；

然而，目前受限于氮化铝基板不适用传统厚膜制程(材料在银胶印刷后须经850℃大气热处理，使其出现材料信赖性问题)，因此，氮化铝基板线路需以薄膜制程备制。以薄膜制程备制之氮化铝基板大幅加速了热量从LED晶粒经由基板材料至系统电路板的效能，因此大幅降低热量由LED晶粒经由金属线至系统电路板的负担，进而达到高热散的效果。

用途

铝基板用途：功率混合IC（HIC）。

音频设备

输入、输出放大器、平衡放大器、音频放大器、前置放大器、功率放大器等。

电源设备

开关调节器`DC/AC转换器`SW调整器等。

通讯电子设备

高频增幅器`滤波电器`发报电路。

办公自动化设备

电动机驱动器等。

汽车

电子调节器`点火器`电源控制器等。

计算机

CPU板`软盘驱动器`电源装置等。

功率模块

换流器`固体继电器`整流电桥等。

灯具灯饰

随着节能灯的提倡推广，各种节能绚丽的LED灯大受市场欢迎，而应用于LED灯的铝基板也开始大规模应用。

工艺流程

一、开料

1、开料的流程

领料——剪切

2、开料的目的

将大尺寸的来料剪切成生产所需要的尺寸

3、开料注意事项

①开料首件核对首件尺寸

②注意铝面刮花和铜面刮花

③注意板边分层和披锋

二、钻孔

1、钻孔的流程

打销钉——钻孔——检板

2、钻孔的目的

对板材进行定位钻孔对后续制作流程和客户组装提供辅助

3、钻孔的注意事项

①核对钻孔的数量、孔的大小

②避免板料的刮花

③检查铝面的披锋，孔位偏差

④及时检查和更换钻咀

⑤钻孔分两阶段，一钻：开料后钻孔为外围工具孔

二钻：阻焊后单元内工具孔

三、干/湿膜成像

1、干/湿膜成像流程

磨板——贴膜——曝光——显影

2、干/湿膜成像目的

在板料上呈现出制作线路所需要的部分

3、干/湿膜成像注意事项

①检查显影后线路是否有开路

②显影对位是否有偏差，防止干膜碎的产生

③注意板面擦花造成的线路不良

④曝光时不能有空气残留防止曝光不良

⑤曝光后要静止15分钟以上再做显影

四、酸性/碱性蚀刻

1、酸性/碱性蚀刻流程

蚀刻——退膜——烘干——检板

2、酸性/碱性蚀刻目的

将干/湿膜成像后保留需要的线路部分，除去线路以外多余的部分，酸性蚀刻时应注意蚀刻药水对铝基材的腐蚀；

3、酸性/碱性蚀刻注意事项

①注意蚀刻不净，蚀刻过度

②注意线宽和线细

③铜面不允许有氧化，刮花现象

④退干膜要退干净

五、丝印阻焊、字符

1、丝印阻焊、字符流程

丝印——预烤——曝光——显影——字符

2、丝印阻焊、字符的目的

①防焊：保护不需要做焊锡的线路，阻止锡进入造成短路

②字符：起到标示作用

3、丝印阻焊、字符的注意事项

①要检查板面是否存在垃圾或异物

②检查网板的清洁度

③丝印后要预烤30分钟以上，以避免线路见产生气泡

④注意丝印的厚度和均匀度

⑤预烤后板要完全冷却，避免沾菲林或破坏油墨表面光泽度

⑥显影时油墨面向下放置

六、V-CUT，锣板

1、V-CUT，锣板的流程

V-CUT——锣板——撕保护膜——除披锋

2、V-CUT，锣板的目的

①V-CUT：将单PCS线路与整PNL的板材切割留有少部分相连方便包装与取出使用

②锣板：将线路板中多余的部分除去

3、V-CUT，锣板的注意事项

①V-CUT过程中要注意V的尺寸，边缘的残缺、毛刺

②锣板时注意造成毛刺，锣刀偏斜，及时的检查和更换锣刀

③最后在除披锋时要避免板面划伤

七、测试，OSP

1、测试，OSP流程

线路测试——耐电压测试——OSP

2、测试，OSP的目的

①线路测试：检测已完成的线路是否正常工作

②耐电压测试：检测已完成线路是否能承受指定的电压环境

③OSP：让线路能更好的进行锡焊

3、测试，OSP的注意事项

①在测试后如何区分后如何存放合格与不合格品

②做完OSP后的摆放

③避免线路的损伤

八、FQC，FQA，包装，出货

1、流程

FQC——FQA——包装——出货

2、目的

①FQC对产品进行全检确认

②FQA抽检核实

③按要求包装出货给客户

3、注意

①FQC在目检过程中注意对外观的确认，作出合理区分

②FQA真对FQC的检验标准进行抽检核实

③要确认包装数量，避免混板，错板和包装破损

生产能力

最大加工面积

板厚

最小线宽

最小间距0.10mm

最小孔径0.15mm

孔壁铜厚>0.025mm

金属化孔径公差±0.05mm

非金属化孔径公差e±0.05mm

孔位公差±0.076mm

外形尺寸公差±0.1mm

开槽30°/45°/60°

最小BGA焊盘14mil

PCB交流阻抗控制≤50Ω±5Ω

>50Ω±10%

阻焊层最小桥宽

阻焊膜最小厚宽

绝缘电阻

抗剥强度

阻焊剂硬度

热衡击测试

通断测试电压

介质常数

体积电阻

测试项目

实验条件

典型值

厚度

性能参数

剥离强度

耐焊锡性

不分层，不起泡

绝缘击穿电压

热阻

熟阻抗

导热系数

表面电阻

体积电阻

介电常数

介电损耗

耐燃性

※以上厚度仅为胶层厚度，不包括铜箔与铜板。

结构

绝缘层厚：75um±%导体厚：35um±10%

金属板厚：1.0mm±0.1mm

储存条件

铝基板一般储存在阴暗、干燥的环境里，大多数铝基板极易容易发潮、发黄和发黑，一般打开真空包装后48小时内要使用。

型号

铝基板常用的金属铝基的板材主要有1000系、5000系和6000系，这三系铝材的基本特性如下：①1000系列代表1050、1060、1070，1000系列铝板又称为纯铝板，在所有系列中1000系列属于含铝量最多的，纯度可以达到99.00%以上。由于不含有其他技术元素，所以生产过程比较单一，价格相对比较便宜，是目前常规工业中最常用的一个系列。

市场上流通的大部分为1050和1060系列。1000系列铝板是根据最后两位数字来确定这个系列的最低含铝量，比如1050系列最后两位数字为50，根据国际牌号命名原则，其含铝量必须达到99.5%以上方为合格产品。在我国的铝合金技术标准(GB/T3880-2006)中也明确规定1050含铝量达到99.5%。同样的道理1060系列铝板的含铝量必须达到99.6%以上。

②5000系列代表5052、5005、5083、5A05系列。5000系列铝板属于较常用的合金铝板系列，主要元素为镁，含镁量在3-5%之间，其又称为铝镁合金。主要特点为密度低、抗拉强度高、延伸率高等。在相同面积下铝镁合金的重量低于其他系列，故常用在航空方面，比如飞机油箱。另外在常规工业中应用也较为广泛。其加工工艺为连铸连轧，属于热轧铝板系列，故能做氧化深加工。在我国5000系列铝板属于较为成熟的铝板系列之一。

③6000系列代表6061主要含有镁和硅两种元素，故集中了4000系列和5000系列的优点6061是一种冷处理铝锻造产品，适用于对抗腐蚀性、氧化性要求高的应用。可使用性好，接口特点优良，容易涂层，加工性好。6061的一般特点：优良的接口特征、容易涂层、强度高、可使用性好，抗腐蚀性强。6061铝的典型用途：飞机零件、照相机零件、耦合器、船舶配件和五金、电子配件和接头等方面。从材料本身的质地、硬度、延伸率、化学性能和价格等方面考虑，铝基板一般常用5000系铝材中的5052合金铝板。