随着电子行业的迅速发展,电子产品的体积越来越小,功率密度却越来越大。解决散热问题是电子行业设计面临的一大挑战,而铝基板无疑是解决这一问题的有效途径。 与传统的FR4印刷电路板相比,铝基板能将热阻降至最低。与陶瓷电路板相比,铝基板具有优异的导热性能,且其机械性能也十分出色。
常见的FR-4 PCB散热性能较差,陶瓷PCB则相对稳定,在高温高湿环境下不易变形,但价格昂贵,通常用于高端产品。 如果您的产品并非高端产品,例如大面积大功率LED电路板,但又需要极佳的散热性能,那么兼具高性能与低成本的最具经济性的材料就是铝基板。
什么是铝基PCB?
铝基板是一种具有良好散热功能的金属基铜PCB。通常,单面铝基PCB由三层结构组成:电路层(铜层)、隔热层和金属基底层。 应用于高端产品时,通常设计为双面铝基板,其结构为:电路层、绝缘层、铝基板、绝缘层、电路层。由于成本较高,极少用于多层电路板。
铝基PCB的结构
1.电路层
铝基PCB的电路层(电解铜箔)经过蚀刻,形成用于器件组装和连接的印刷电路。与传统的FR-4相比,在相同厚度和相同走线宽度的情况下,铝基板能够承载更大的电流。
2.隔热层
隔热层是铝基PCB的核心技术,主要起到粘接、绝缘和导热的作用。铝基PCB的隔热层是功率模块结构中最大的导热屏障。 绝缘层的导热性能越好,越有利于设备运行过程中产生的热量扩散,也越有利于降低设备的运行温度,从而达到提高模块功率负载、减小体积、延长使用寿命、提升功率输出等目的。
3.金属底层
金属基底层由铝合金基板构成。作为绝缘金属基板,应选用何种金属?这取决于金属基板的热膨胀系数、导热率、强度、硬度、重量、表面状况以及成本等多方面因素的综合考量。
铝基PCB的性能
1.散热
目前,许多双面铝基板和多层铝基板都存在高密度、大功率及散热困难等问题。 传统的FR4和CEM3电路板导热性差,且各层之间存在绝缘层,无法散热,导致电子元件因过热而失效,而铝基板则能解决散热问题。
2.热膨胀
热胀冷缩是物质的普遍特性,不同物质的热膨胀系数各不相同。 铝基印刷电路板能够有效解决散热问题,从而缓解印刷电路板上元器件因热胀冷缩引起的问题,提高整机及电子设备的耐久性和可靠性,特别是能够解决SMT(表面贴装技术)的热胀冷缩问题。
3. 尺寸稳定性
铝基PCB的尺寸显然比绝缘印刷电路板的尺寸稳定得多。将铝基印刷电路板加热至30℃至140~150℃时,其尺寸变化为2.5~3.0%。
4.其他表现
铝基PCB还具有其他优良性能,例如具有屏蔽效果;可替代陶瓷基板和散热器组件;能提高产品的耐热性和物理性能;并能降低生产成本和人力成本。
铝基PCB的优势
1) 其散热性能明显优于标准 FR-4 印刷电路板。
2) 符合RoHS要求,更适合SMT工艺
3)降低散热器及其他硬件的组装成本,缩小产品体积;优化电源电路与控制电路的组合
4) 其导热效率高于传统的刚性PCB
5) 其导热系数是FR4 PCB的5到10倍
6) 铜箔重量可低于IPC的建议值
铝基PCB的应用
铝基PCB广泛应用于普通音频设备、电力设备、通信电子设备、办公自动化设备、汽车、计算机、电源模块、照明设备及医疗设备等领域。
1.音频设备: 输入和输出放大器、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: 开关稳压器、直流/交流转换器、开关稳压器等。
3.电信设备:高频放大器、滤波装置和发射机电路。
4.汽车设备:电子调节器、照明和电源控制器等。
5.计算机设备: CPU主板、软盘驱动器和电源设备
6.办公自动化设备: 电动机和驱动装置
7.功率模块器件: 转换器、固态继电器、功率整流器和桥式整流器
8.照明设备: 路灯、交通信号灯、建筑内部照明、景观照明以及露营装备。随着节能灯的推广,各类节能LED灯受到市场的欢迎,因此,用于LED灯的铝基板已得到广泛应用。
9.医疗器械: 手术室照明、手术照明设备、大功率扫描技术以及电源转换器。
10.LED显示屏: LED显示屏;采用LED光源的显示屏
FR4与铝基板的三项主要区别
1、价格
FR4 PCB板的价格将比铝基板PCB便宜得多。
2、技术
根据不同的材料和生产工艺,FR4 PCB 可分为双面铜箔 FR4 板、穿孔铜箔 FR4 板和单面铜箔 FR4 板。当然,由不同材料制成的 FR4 PCB 价格也会有所不同。
3、性能
由于铝基板具有良好的导热性,因此其散热性能远优于FR4基板。
