PCB干货：深入铝基板结构，PCB散热设计的关键

双面混压铝基板（结构图）

铝基板（Aluminum Base PCB），作为一种高性能金属基覆铜板（MCPCB），其核心优势在于卓越的散热性能。根据导电线路层的分布，主要分为单面板和双面板两种类型：

单面板： 采用三层基本结构，依次为：电路层（铜箔）、绝缘层、金属基层（铝板）。

双面板： 结构更为复杂，为对称的五层叠构：电路层 - 绝缘层 - 金属基层（铝板）- 绝缘层 - 电路层。这种设计使其具备双面布线能力，适用于更高密度、更复杂的电路设计，常见于高端应用。

接下来，我们将重点解析单面铝基板各功能层的配置与特性。

1. 电路层 (Circuit Layer)

功能与定位： 作为铝基板的导电层，其作用等同于普通FR-4 PCB上的覆铜层，承载电子元器件并实现电气互连。

构成与加工： 通常采用电解铜箔 (ED Copper Foil)，通过蚀刻工艺形成所需的电路图形。

铜箔厚度与载流能力：

常用厚度范围：1oz (约35μm) 至 10oz (约280μm)。

核心关系：铜箔厚度直接决定载流能力。厚度越大，可承载的电流越高。

厚度选择考量：此范围（1oz - 10oz）在满足电流承载需求、散热性能、加工工艺性（如蚀刻精度）和成本之间通常达到较优平衡。

2. 绝缘层 (Dielectric Layer) - 核心技术层

核心地位与功能： 绝缘层是铝基板性能优劣的决定性因素，同时承担三大关键功能：

电气绝缘： 在电路层与金属基层之间提供高强度的可靠隔离，防止短路。

高效导热： 作为主要热传导路径，将电路层产生的热量高效传递至金属基层。

机械粘结： 牢固粘接电路层与金属基层，确保结构完整性。

材料构成： 通常由高性能聚合物基体（如改性环氧树脂、聚酰亚胺）填充高导热特种陶瓷粉末（如氧化铝、氮化硼、氮化铝）制成。这种复合材料设计是实现其独特性能的基础。

关键性能要求：

低热阻： 是衡量热量通过该层难易程度的直接指标，要求尽可能低。

高导热系数： 材料本身的导热能力（单位：W/(m·K)）直接决定铝基板的整体散热效率。导热系数越高，热量从器件传导到散热基板的速度越快、效率越高。

高绝缘强度： 必须承受高电场而不被击穿，保证电气安全。

优异的粘弹性能： 能有效缓冲电路层与金属基层之间因热膨胀系数(CTE)差异引起的热机械应力，防止分层、开裂。

长期热稳定性/抗热老化： 在设备长期运行的高温环境下保持性能稳定，不降解。

性能影响： 绝缘层的导热性能至关重要。其导热效率越高：

器件运行温度降低越显著。

设备/模块的功率密度和可靠性得以提升。

有助于实现更紧凑的设计（减小体积） 并延长使用寿命。

3. 金属基层 (Metal Substrate)

功能与核心要求： 金属基层是铝基板的机械支撑核心和最终散热通道。其最核心的要求是具备优异的导热性，以高效扩散并最终散发从绝缘层传导下来的热量。

常用材料： 主要采用铝板 (Aluminum) 或 铜板 (Copper)。

材料选型关键考量因素：

热导率 (Thermal Conductivity)： 决定热量扩散效率的核心参数（铝 ≈ 237 W/(m·K)，铜 ≈ 400 W/(m·K)）。

热膨胀系数 (Coefficient of Thermal Expansion, CTE)： 需尽可能匹配电路层（通常是铜）和安装在其上的元器件（如芯片），以最小化热应力，防止焊点失效或分层。

机械性能： 包括强度（抗弯、抗变形）、硬度（影响加工性及耐磨性）。

密度/重量： 直接影响最终产品的重量（铝 ≈ 2.7 g/cm³, 铜 ≈ 8.9 g/cm³）。

表面状态： 平整度、表面处理（如阳极氧化铝可提高耐腐蚀性、绝缘性或改善粘接）至关重要。

成本： 材料与加工成本是重要商业考量。

主流选择 - 铝合金板：

首选原因： 在综合性能（导热性、机械强度、加工性）与成本之间达到最佳平衡。

常用合金牌号： 如 1060 (高纯铝，导热好)、5052 (强度/耐蚀性佳)、6061 (综合性能优，强度高)。

高性能选择 - 铜板：

核心优势： 导热性能显著优于铝（约高70%），提供极致散热能力。

主要劣势： 成本显著更高、密度大（重量重）。

适用场景： 对散热要求极端严苛且成本/重量非首要限制的应用。

加工性： 无论是铝合金还是铜板，均具有良好的机械加工性能，易于进行钻孔、冲压、切割（V-Cut）、铣边等标准PCB后道加工工序。