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最散热的PCB板——铝基板

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  • 铝基板
2023-11-17 10:57:52
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铝基板是一种具有良好散热功能的金属基覆铜板,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。

单面铝基板:就是只有一层导电图形层与绝缘材料加铝板(基板)。

双面线路铝基板:有两层导电图形层与绝缘材料加铝板(基板)叠加在一起。

多层印刷铝基线路板:由三层及以上的导电图形层与绝缘材料加铝板(基板)交替层压粘结在一起制成的印刷电路板。

按表面处理方式来划分:

沉金板 (化学薄金 化学厚金 选择性沉金)

电金板 (全板电金 金手指 选择性电金)

喷锡板、熔锡板、沉锡板、沉银板、电银板、沉钯板



铝基板工作原理

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:

符合RoHs要求;

更适应于SMT工艺;

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;

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;将功率电路和控制电路最优化组合;

取代易碎的陶瓷基板,获得更好的机械耐久力。


铝基板的构成

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。

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。


铝基板性能

散热性

目前,很多双面板、多层板密度高、功率大,热量散发难。常规的印制板基材如FR4、CEM3都是热的不良导体,层间绝缘,热量散发不出去。电子设备局部发热不排除,导致电子元器件高温失效,而铝基板可解决这一散热难题。

热膨胀性

热胀冷缩是物质的共同本性,不同物质的热膨胀系数是不同的。铝基印制板可有效地解决散热问题,从而使印制板上的元器件不同物质的热胀冷缩问题缓解,提高了整机和电子设备的耐用性和可靠性。特别是解决SMT(表面贴装技术)热胀冷缩问题。

尺寸稳定性

铝基印制板,显然尺寸要比绝缘材料的印制板稳定得多。铝基印制板、铝夹芯板,从30℃加热至140~150℃,尺寸变化为2.5~3.0%.

其它原因

铝基印制板,具有屏蔽作用;替代脆性陶瓷基材;放心使用表面安装技术;减少印制板真正有效的面积;取代了散热器等元器件,改善产品耐热和物理性能;减少生产成本和劳力。


铝基板制作工艺流程








铝基板按照工艺可分为:喷锡铝基板,抗氧化铝基板,镀银铝基板,沉金铝基板等;

按照用途可分为:路灯铝基板,日光灯铝基板,LB铝基板,COB铝基板,封装铝基板,球泡灯铝基板,电源铝基板,汽车铝基板等等。

铝基覆铜板的专用检测方法:


一是介电常数及介质损耗因数测量方法,为变Q值串联谐振法,将试样与调谐电容串联接入高频电路,测量串联回路的Q值的原理;

二是热阻测量方法,以不同测温点之间温差与导热量之比来计算。