[科普中国]-铝基板

定义

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。

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！1

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）。1

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。1

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。1

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。1

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

铝基覆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的覆铜板，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”英寸是铝基覆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。铝基覆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，藉由打线、共晶或覆晶的制程与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。2

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。2

电源设备开关调节器DC/AC转换器SW调整器等。2

通讯电子设备高频增幅器滤波电器发报电路。2

办公自动化设备电动机驱动器等。2

汽车电子调节器点火器电源控制器等。2

计算机CPU板软盘驱动器电源装置等。2

功率模块换流器固体继电器整流电桥等。2

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。2

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

① V-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

① V-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

③ OSP：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

① FQC对产品进行全检确认

② FQA抽检核实

③ 按要求包装出货给客户

3、注意

① FQC在目检过程中注意对外观的确认，作出合理区分

② FQA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3

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：75 um±% 导体厚：35um±10%

金属板厚：1.0mm±0.1mm3

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。3

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。3

分类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。3