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行业咨讯
什么是铝基板
发布时间:2016-12-03 09:21:00  作者:

常见于LED照明产品。有正反两面,白色的一面是焊接LED引脚的,另一面呈现铝本色,一般会涂抹导热凝浆后与导热部分接触。目前还有陶瓷基板等等。

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!

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.
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(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[1]  。
铝基板与 FR-4 的铜箔电流承载能力的比较

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。

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。

铝基板板材

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);

路灯铝基板
●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

日光灯用铝基板

,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。
散热知识

铝基板的价格
单面板从200多元到数百元不等。一般情况下,圆板的价格要稍微高一些。其工艺分为冲压和锣边工艺。有些还需要进行钻孔。一般日光灯板,在7-9mm为一个分界点。低于这个尺寸的为窄板。受工艺限制,这个尺寸的板子价格要高于同等其他铝基板。
工艺流程
一、 开料
1、 开料的流程
铝基板制作工艺流程

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

COB铝基板

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

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:75 um±% 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.

铝基板工作原理
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。

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。

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