了解铝基板PCB：类型和优势

印刷电路板（PCB）是几乎所有电子设备中不可或缺的组件。为了加深您对PCB的理解，本指南将介绍PCB铝基板的类型以及PCB复制中常见的障碍。如果您对PCB或本文内容感兴趣，请继续阅读。

铝基板 PCB 有何突出优势？

之前我们讨论过陶瓷PCB的优缺点，指出其成本高且易碎。标准玻璃纤维PCB散热性差，而陶瓷PCB在高温高湿环境下稳定且不易变形，但价格昂贵，主要用于高端产品。如果您的产品并非高端产品，例如需要良好散热但又经济实惠的大面积、高功率LED灯板，是否存在一种合适的材料呢？

答案是肯定的，这就是铝基板PCB的用武之地。铝作为一种导电金属，似乎不太像是PCB材料的选择，但铝基板PCB由三层构成：铜箔、绝缘层和金属铝层。既然有绝缘层，那么除了铝之外，金属层是否可以使用其他材料呢？例如铜、不锈钢、铁、硅钢等？选择金属基板时，需要考虑热膨胀系数、导热系数、强度、硬度、重量、表面状况和成本等因素。

一般来说，从成本和技术性能考虑，铝是理想的选择。铝板常见的材质有6061、5052、1060等。如果对导热性能、机械性能、电气性能等特殊性能有更高的要求，也可以使用铜、不锈钢、铁、硅钢等。

铝基板PCB在LED照明产品中较为常见，其两面为白色，用于焊接LED引脚；另一面为铝本色，通常涂有导热膏，用于接触导热部位。铝基板PCB主要用于LED灯具、音响设备、电源设备等，其主要优点是导热速度快，散热性能优异。

与传统的FR-4相比，铝基板 PCB 可以最大限度地降低热阻，提供优异的导热性能；与陶瓷基板相比，它们具有优异的机械性能。

 PCB铝基板的类型

1.柔性铝基板：IMS材料的最新发展之一是柔性介电材料。这些材料具有优异的电绝缘性、柔韧性和导热性。当应用于5754或类似的柔性铝材料时，可以将其塑造成各种形状和角度，从而无需昂贵的夹具、电缆和连接器。虽然这些材料具有柔韧性，但它们的设计使其能够弯曲到位并保持位置。

2.混合铝基板：在“混合”IMS结构中，非导热材料经过独立加工，然后通过导热材料粘合到铝基板上。最常见的结构由2层或4层传统FR-4材料制成的子组件构成，这些子组件通过导热介质粘合到铝基板上。这有助于散热、提高刚性并起到屏蔽作用。其他优点包括：

• • 比全部采用热材料建造的成本更低。
  • 比标准FR-4产品具有更好的热性能。
  • 消除昂贵的散热器和相关组装步骤。
  • 适用于需要 PTFE 表面层来实现射频损耗特性的射频应用。
  • 使用铝制元件窗口来容纳通孔元件，允许连接器和电缆穿过电路板，同时焊接圆角以形成密封，而无需特殊垫圈或其他昂贵的适配器。

3.多层铝基板：在高性能电源市场，多层IMS PCB由多层导热介质构成。这些结构在介质中嵌入一层或多层电路，并使用盲孔作为导热过孔或信号路径。虽然单层设计成本更高且散热效率更低，但对于更复杂的设计而言，多层IMS PCB提供了一种简单有效的散热解决方案。

4.通孔铝基板：在最复杂的结构中，一层铝可以构成多层散热结构的“核心”。层压前，铝基板会预先镀层并填充介电材料。导热材料或子组件可以使用导热胶层层压到铝基板的两侧。层压完成后，成品组件类似于传统的多层铝基板，只是在铝基板上钻孔。镀层的通孔穿过铝基板的间隙，以保持电绝缘。此外，铜芯既可以实现直接的电气连接，也可以实现绝缘的通孔。

PCB铝基板的优势

铝基板PCB除了具有优异的散热性能外，还具有以下优点：

• 符合RoHS环保要求。
• 更适合SMT工艺。
• 更高的载流能力。
• 电路设计中有效处理热扩散问题，降低模块工作温度，延长使用寿命，提高功率密度，提高可靠性。
• 减少散热器和其他硬件（包括热界面材料）的组装，缩小产品尺寸，降低硬件和组装成本，优化功率电路和控制电路的组合。
• 更换易碎的陶瓷基板以获得更好的机械耐久性。

与普通FR-4板相比，铝基板PCB的一大优势在于能够承载更大的电流。与FR-4一样，电路层也采用铜箔作为导体进行连接。与传统FR-4相比，在厚度和线宽相同的情况下，铝基板PCB可以承载更大的电流。

铝基板PCB的核心技术在于中间绝缘层材料，其主要起到粘接、绝缘和导热的作用。铝基板PCB的绝缘层是功率模块结构中最大的热屏障。绝缘层的导热性越好，越有利于器件工作时产生的热量的扩散，进而有利于降低器件的工作温度，实现模块更高的功率负载，减小体积，延长寿命，提高功率输出。在满足良好导热性要求的同时，还应具备高耐压绝缘能力。

铝基板与FR-4板的区别

散热

铝基覆铜板（CCL）与传统FR-4 CCL最大的区别在于散热性能，例如与1.5mm厚的FR-4 CCL相比，铝基CCL的热阻为20-22℃，而FR-1.0 CCL的热阻为2.0-XNUMX℃，两者明显较低。

热膨胀系数

FR-4 板通常存在热膨胀问题，高温会导致厚度和平整度发生变化，尤其是在厚度方向，影响金属化孔和线路的质量。这主要是由于材料厚度方向的热膨胀系数不同：铜的系数为 17×10^-6 cm/cm℃，而 FR-4 板基材为 110×10^-6 cm/cm℃，容易产生热膨胀效应。铝基板的热膨胀系数为 50×10^-6 cm/cm℃，比一般 FR-4 板小，更接近铜箔，有助于保证印刷电路板的质量和可靠性。

主要应用

FR-4板材适用于一般电路设计和普通电子产品。铝基板材适用于有特殊要求的电路，例如厚膜混合集成电路、功率电路的散热、电路中元器件的冷却、陶瓷基板无法处理的大规模基板以及普通散热器无法解决可靠性问题的电路。

可加工性

铝基板具有较高的机械强度和韧性，优于FR-4板，因此可以在铝基板上制造大面积的印制板，也可以在这样的基板上安装重型元器件。

电气性能

与FR-4板材相比，铝基板具有更高的导热系数，使得导体的载流能力显著提升，这体现了铝基板的高导热性能。铝基板的散热性能与其绝缘层厚度和导热系数有关。绝缘层越薄，铝基板的导热系数越高（但耐压性能越差）。为了保证电子电路的性能，电子产品中的一些元器件需要防止电磁辐射和干扰，铝基板可以作为屏蔽板，起到屏蔽电磁波的作用。

绝缘性能

一般情况下，铝基板的击穿电压由绝缘层厚度决定，击穿电压一般在500V左右。如果需要测试LED日光灯铝基板的击穿电压，只需对输入端口外壳进行高压测试即可。UL、CE认证值为2500V，3C认证值为3750V左右。