為什么選擇鋁基板PCB？

時(shí)間：2021-08-19 16:38:54

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[導(dǎo)讀]1.前言前面介紹了陶瓷PCB電路板的優(yōu)缺點(diǎn)，其中有個(gè)缺點(diǎn)就是陶瓷基板太貴和易碎。普通玻璃纖維PCB散熱性不好，陶瓷PCB比較穩(wěn)定，高溫高濕環(huán)境下不易變形，但是價(jià)格比較貴，常用在高端產(chǎn)品上。如果我的產(chǎn)品不是那么高端，比如大面積大功率的LED燈板，比較廉價(jià)，但是需要非常好的散熱性能，...

1.前言

前面介紹了陶瓷PCB電路板的優(yōu)缺點(diǎn)，其中有個(gè)缺點(diǎn)就是陶瓷基板太貴和易碎。普通玻璃纖維PCB散熱性不好，陶瓷PCB比較穩(wěn)定，高溫高濕環(huán)境下不易變形，但是價(jià)格比較貴，常用在高端產(chǎn)品上。如果我的產(chǎn)品不是那么高端，比如大面積大功率的LED燈板，比較廉價(jià)，但是需要非常好的散熱性能，有沒有一種材質(zhì)既廉價(jià)，散熱性又好的PCB基板呢？

LED燈具PCB答案是肯定的。那就是本篇文章要介紹的鋁基板PCB，大家都知道鋁是一種金屬，具有導(dǎo)電性，怎么能作為PCB材料呢？這是因?yàn)殇X基板由三層結(jié)構(gòu)組成，分別是：銅箔、絕緣層和金屬鋁。既然有絕緣層的存在，那么金屬層除了鋁，能不能使用其他材料呢？如銅板、不銹鋼、鐵板、硅鋼板等。金屬基板采用哪種材料，除了要考慮散熱性能，還要考慮金屬基板的熱膨脹系數(shù)，熱傳導(dǎo)能力，強(qiáng)度，硬度，重量，表面狀態(tài)和成本等條件。一般情況下，從成本和技術(shù)性能等條件來考慮，鋁板是比較理想的選擇?？晒┻x擇的鋁板有6061，5052，1060 等。如果有更高的熱傳導(dǎo)性能、機(jī)械性能、電性能和其它特殊性能的要求，銅板、不銹鋼板、鐵板和硅鋼板等亦可采用。

鋁基板PCB常見于LED照明產(chǎn)品，有正反兩面，白色的一面是焊接LED引腳的，另一面呈現(xiàn)鋁本色，一般會涂抹導(dǎo)熱凝漿后與導(dǎo)熱部分接觸。主要用在LED燈具和音頻設(shè)備、電源設(shè)備等，最主要的優(yōu)點(diǎn)就是導(dǎo)熱快，散熱性能良好。

LED燈具電路板與傳統(tǒng)的FR-4 比，鋁基板能夠?qū)嶙杞抵磷畹停逛X基板具有極好的熱傳導(dǎo)性能；與陶瓷基板相比，它的機(jī)械性能又極為優(yōu)良。除了良好的散熱性能外，鋁基板還具有以下優(yōu)勢：

符合RoHS環(huán)保要求
更適合SMT工藝
更高的載流能力
在電路設(shè)計(jì)方案中對熱擴(kuò)散進(jìn)行極為有效的處理，從而降低模塊運(yùn)行溫度，延長使用壽命，提高功率密度和可靠性；
減少散熱器和其它硬件（包括熱界面材料）的裝配，縮小產(chǎn)品體積，降低硬件及裝配成本；將功率電路和控制電路最優(yōu)化組合；
取代易碎的陶瓷基板，獲得更好的機(jī)械耐久力。

裝配方式比較和普通的FR-4板材相比，鋁基板還有一個(gè)最大的優(yōu)勢就是可以承載更高的電流。與FR-4一樣，線路層采用的都是銅箔作為導(dǎo)線進(jìn)行連接，與傳統(tǒng)的FR-4相比，采用相同的厚度，相同的線寬，鋁基板能夠承載更高的電流。

載流能力對比鋁基板的核心技術(shù)是中間的絕緣層材料，主要起到粘合、絕緣和導(dǎo)熱的功能。鋁基板絕緣層是功率模塊結(jié)構(gòu)中最大的導(dǎo)熱屏障。絕緣層熱傳導(dǎo)性能越好，越有利于器件運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生熱量的擴(kuò)散，也就越有利于降低器件的運(yùn)行溫度，從而達(dá)到提高模塊的功率負(fù)荷，減小體積，延長壽命，提高功率輸出等目的。在滿足導(dǎo)熱性能良好的同時(shí)，還要具備高電壓的絕緣能力。

2.與FR-4板材的區(qū)別

散熱性

鋁基覆銅板與常規(guī)FR-4覆銅板最大差異在于散熱性，以1.5mm厚度的FR-4覆銅板與鋁基覆銅板相比，前者熱阻20~22 ℃、后者熱阻1.0~2.0℃，后者小得多。

熱膨脹系數(shù)

由于一般的FR-4都存在著熱膨脹的問題，即高溫會導(dǎo)致板材厚度和平整度的變化，特別是板的厚度方向的熱膨脹，使金屬化孔、線路的質(zhì)量受到影響。這主要原因是板的原材料厚度方向的熱膨脹系數(shù)有差異：銅的熱膨脹系數(shù)為17×106cm/cm℃、FR-4板基材為110×106cm/cm℃，兩者相差較大，容易產(chǎn)生熱膨脹效應(yīng)。鋁基板的熱膨脹系數(shù)為50×106cm/cm℃，比一般的FR-4板小，更接近于銅箔的熱膨脹系數(shù)。這樣有利于保證印制電路板的質(zhì)量、可靠性。

鋁基板和FR-4基板PCB

主要用途

FR-4板適用于一般電路設(shè)計(jì)和普通電子產(chǎn)品。?鋁基板適用于有特殊要求的電路。如：厚膜混合集成電路、電源電路的散熱、電路中元器件的散熱降溫、陶瓷基片難以勝任的大規(guī)?；?、使用普通散熱器不能解決可靠性的電路。

機(jī)械加工性

鋁基板具有高機(jī)械強(qiáng)度和韌性，此點(diǎn)優(yōu)于FR-4板。為此在鋁基板上可實(shí)現(xiàn)大面積的印制板的制造，重量大的元器件可在此類基板上安裝。

電氣性能

從鋁基板與FR-4板的對比看，由于金屬基板的散熱性高，對導(dǎo)線熔斷電流有明顯的提高，這從另一個(gè)角度表明了鋁基板的高散熱性的特性。其鋁基板的散熱性與它的絕緣層厚度、熱傳導(dǎo)性有關(guān)。絕緣層越薄，鋁基板的熱傳導(dǎo)性越高（但耐壓性能就越低）。為了保證電子電路性能，電子產(chǎn)品中的一些元器件需防止電磁波的輻射、干擾。鋁基板可充當(dāng)屏蔽板，起到屏蔽電磁波的作用。