中国铝基板的发展及技术要求【铝基覆铜板的结构和性能特点】

铝基板的发展及技术要求
1 铝基覆铜板的国内外发展情况：
　　铝基覆铜板是顺应电子产品发展而诞生的,在1969年日本三洋公司首先发明了铝基覆铜板制造技术,到1974年开始应用于STK系列功率放大混合集成电路.随后在应用领域和用量都不断扩大,尤其是世界发达国家其产量迅速增长.如日本铝基覆铜板产量1991年25亿日元,到1996年达到60亿日元,估计2001年将达到80亿日元.
　　我国铝基覆铜板的研制开发由国营704厂始于1988年,于1990年完成通用型铝基覆铜板的厂级设计定型,建立国内第一条铝基覆铜板生产线并投产.经产品性能提升和产品系列化,到1996年完成部级设计定型.目前国营704厂有通用型、高导热型、高频型和高热型系列化铝基覆铜板.现产量达到5000~8000 M 2 /年,还在新建生产线,完成后预计总产量达1万M 2 /年.
2 铝基覆铜板的结构和性能特点：
　 铝基覆铜板是由铝板、环氧树脂或环氧玻璃布粘结片、铜箔三者经热压而成.铝板厚度通常是0.8mm ~3.0mm,按用途不同选择. 铝基覆铜板具有优良的热耗散性、尺寸稳定性、电磁屏蔽性和机械强度等.
根据结构差异和性能特征, 铝基覆铜板分为三类: a.通用型铝基覆铜板,其绝缘层由环氧玻璃布粘结片构成; b.高散热铝基覆铜板,其绝缘层由高导热的环氧树脂或其它树脂构成; c.高频电路用铝基覆铜板,其绝缘层由聚烯烃树脂或聚酰亚胺树脂玻璃布粘结片构成. 铝基覆铜板与常规FR-4覆铜板最大差异在于散热性;以1.5mm厚度的FR-4覆铜板与铝基覆铜板相比,前者热阻R= 20~22 ℃,后者热阻R= 1.0~2.0 ℃,可见后者小得多.
金属基印制板从30℃加热至140~150℃，尺寸变化为2.5~3.0%.
适用大功率散热电子产品，如大功率电源模块、大功率LED铝基板、点火器等；

3 铝基覆铜板的技术要求与检验方法：
　　到目前为止,尚未见国际上有铝基覆铜板标准.我国由704厂负责起草了电子行业军用标准《阻燃型铝基覆铜层压板规范》,主要技术要求有: 尺寸要求,包括板面尺寸和偏差、厚度及偏差、垂直度和翘曲度; 外观,包括裂纹、划痕、毛刺和分层、铅氧化膜等要求; 性能方面,包括剥离强度,表面电阻率,最小击穿电压,介电常数,燃烧性和热阻等要求.
　　在上述规范中制定了两项铝基覆铜板的专用检测方法. 其一是介电常数及介质损耗因数测量方法,为变Q值串联谐振法,将试样与调谐电容串联接入高频电路,测量串联回路的Q值的原理.其二是热阻测量方法,以不同测温点之间温差与导热量之比来计算.
4. 铝基覆铜板的应用领域：
　　铝基覆铜板的应用领域有: 工业电源设备,如大功率晶体管、固态继电器、脉冲电机驱动器等; 汽车,如点火器、电源控制器、交流变换器等; 电源,如稳压器和开关调节器; 磁带录像机和声频设备,如电机驱动器、信号分离器、放大器等; 办公自动化设备,如打印机驱动器、大显示器基板、热打印头; 计算机,如CPU板、电源装置; 其它还有半导体绝缘导热板,电阻器阵列,热接收器和日光电池基板等.
铝基板
随着电子工业的飞速发展，电子产品的体积尺寸越来越小，功率密度越来越大，解决散热的问题已经被提到了一个新的高度，这是对电子工业设计的一个巨大的挑战。铝基板的出现无疑是解决这个问题的有效手段之一。
什么是铝基板：
铝基板是一种独特的金属基覆铜板，它具有良好的导热性、电气绝缘性能和机械加工性能。
二、铝基板的特点
●采用表面贴装技术（***T）；
●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。
铝基板的结构
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 。
Dielcctric Layer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计术所在，已获得UL认证。
Base Layer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
如上图所示，铝基板由电路层、导热绝缘层和金属基层组成。电路层（即铜箔）通常经过蚀刻形成印刷电路，使组件的各个部件相互连接，一般情况下，电路层要求具有很大的载流能力，从而应使用较厚的铜箔，厚度一般35μm~280μm；导热绝缘层是铝基板核心技术之所在，它一般是由特种陶瓷填充的特殊的聚合物构成，热阻小，粘弹性能优良，具有抗热老化的能力，能够承受机械及热应力。我公司生产的IMS-H01、IMS-H02和LED-0601等高性能铝基板的导热绝缘层正是使用了此种技术，使其具有极为优良的导热性能和高强度的电气绝缘性能；金属基层是铝基板的支撑构件，要求具有高导热性，一般是铝板，也可使用铜板（其中铜板能够提供更好的导热性），适合于钻孔、冲剪及切割等常规机械加工。
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***T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。
铝基板用途：
用途：功率混合IC（HIC）。
1.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。
3.通讯电子设备：高频增幅器`滤波电器`发报电路。
4.办公自动化设备：电动机驱动器等。
5.汽车：电子调节器`点火器`电源控制器等。
6.计算机：CPU板`软盘驱动器`电源装置等。
7.功率模块：换流器`固体继电器`整流电桥等。
金属基印制板特点是:
热传导率高,散热性好,机械强度高,适宜装大质量部件；
防磁性好；
耐热阻燃、尺寸稳定性好。
基材: 铝基板
产品特点：
a.绝缘层薄，热阻小
b.无磁性
c.散热好
d.机械强度高
产品标准厚度：0.8、1.0、1.2、1.5、2.0、2.5、3.0mm
铜箔厚度：18um 35um 70um 105um 140um
铝基板产品参数：
国产料：绝缘层MP-100 um，导热系数0.5 W／m-k 热阻 1.80℃／W 击穿电压4.5KVAC
国产料B：绝缘层MP-80 um，导热系数0.7 W／m-k 热阻 1.20 ℃／W 击穿电压3.5KVAC
日本料：绝缘层MP-60 um，导热系数1.8 W／m-k 热阻 0.45 ℃／W 击穿电压5.5KVAC
贝格斯料：绝缘层MP-60 um，导热系数1.8 W／m-k 热阻 0.45 ℃／W 击穿电压5.5KVAC
公司承接客户订做各种LED用铝基、铜基导热基板，各种电力电源、模块电源用铝基电路板，提供铜基、铁基、全陶瓷及半陶瓷等印制电路板;
单面铝基板流程：
2.0.3.1磨板：

（1）硫酸浓度1-3%（V/V），每4小时更换，每班清洗酸槽。
（2）磨痕试验：500目针刷，控制范围10-12㎜，每班测量。
（3）水膜试验：每日测试水膜破裂时间≥8s。

（4）磨板控制：传送速度2米/分钟，水压2.5kg/㎝,干燥温度100-120℃，吸水海棉每2小时清洗一次。

（5）磨板后静置时间：30-120分钟。

2.0.3.2湿膜制版：

（1）网版100T；

（2）油墨稀释剂添加10-15ml/kg；

（3）丝印后静置15分钟；

（4）预烤：温度75-80℃，时间为10分钟；

2.0.3.3曝光：

（1）光能量80-120mj/cm，21级光尺7-8级露铜；

（2）真空度85-95，赶气力度均匀；

（3）曝光框架温度控制在24℃以内，曝光停止后及时取出板件；

2.0.3.4显影：

（1）碳酸钠浓度0.8-1.0%，每生产100㎡更换；

（2）显影压力2.5kg/cm，喷嘴无堵塞；

（3）水洗压力2.5kg/cm，喷嘴无堵塞；

（4）显影温度28-30℃；

（5）干燥温度100-120℃；

（6）传送速度200-250cm/min；

2.0.3.5显影检查：

经检查发现有开路、短路缺口等缺陷将不良重工处理，同时追溯相应工具及工艺控制并采取纠正措施。

2.0.4铝基保护控制：

（1）将铝基板的周边用热风整平专用红胶带进行封边处理。封边一定要压紧红胶带，不能有缝隙及气泡现象。

（2）检查铝基保护膜有无破损，发现有破损现象立即用红胶带补贴。

2.0.5酸性蚀刻控制：

（1）比重32-35Be，铜含量控制在120-150g/l，温度45±5℃；

（2）蚀刻速度 2.2-2.5 米/分钟

（3）脱膜氢氧化钠浓度5%，温度控制40±5℃，

2.0.6去除铝基保护控制：

（1）剥掉封边红胶带。剥红胶带时红胶带不能与铜面接触，防止红胶带残余的污渍粘在铜箔上导致清除困难。

（2）撕掉铝基保护膜。铝基保护膜在120℃以上高温下会生成一种胶状物，这种胶状物在表面处理时很难清除。

（3）清洗铝基表面并烘干。

2.0.7曝光阻焊控制：

2.0.7.1磨板：

（1）硫酸浓度1-1.2%，每4小时更换，

（2）磨痕：500目针刷10-12mm，每班试验；

（3）水磨试验≥8s，每班试验；

（4）水洗压力2.5公斤/平方厘米，

（5）干燥温度100-120℃，

（6）传送速度3米/分钟，

2.0.7.2阻焊丝印：

（1）网版43T；

（2）油墨混和调配并添加20ml/kg稀释剂搅拌均匀后静置15分钟；

（3）丝印效果以不跳印为限；

（4）预烘温度为75±5℃，时间为35分钟，预烘后冷却至室温；（环境温度为20±2℃、湿度60-70%）

2.0.7.3阻焊曝光：

（1）光能量300-450mj/cm，21级光尺9-10级露铜，每2小时测量；

（2）真空度80-85%，曝光框架温度低于23℃；

（3）曝光后静置15分钟；

2.0.7.4显影：

（1）碳酸钠浓主度1-1.2%，每生产100㎡更换；

（2）显影温度28-30℃；

（3）显影压力1.8-2.2kg/cm

（4）显影速度120-150cm/min；

（5）干燥温度100-120℃；
2.0.7.5后烤：

温度150℃，时间60分钟；

2.0.8字符丝印：(选用UV光固油墨)

（1）磨板(同2.0.7.1)

（2）网版100T，刮胶75度；

（3）固化：80W高压水银灯4支速度为4m/min（800-1000mj/cm）；

2.0.9铝基保护：

（1）保护材料选用可剥兰胶；

（2）网版18T；兰胶丝印均匀无跳印或沙孔现象；

（3）固化：4支80W高压水银灯2-2.5米/分钟固化；

2.1.1热风整平:

（1）焊料温度260±5℃；

（2）风刀压力0.3-0.5Mpa；

（3）风刀温度320-360℃；

（4）浸焊时间3秒；

（5）板件上升速度选择慢速；

2.1.2成型：

（1）选择模具冲孔及冲外型，冲孔铝面向下在铜面上垫一张白纸，冲外型铝向上；

（2）冲板前检查兰胶有无破损，发现有破损现象必须重印兰胶，有兰胶可解决冲切毛刺产生和防止铝屑粘在模上压伤基板；

（3）每冲一次用高压风枪吹去模上残余的铝屑；

2.1.3表面处理：

（1）剥去铝面保护兰胶，用中性溶液清洗板面并烘干；

（2）去除毛刺。

2.1.4成品检查：

（1）漏电测试：V=1600V，T=5s , I=1.2mA；（全测）

（2）热冲击试验：温度288±5℃，时（3）跷曲间10秒，试验次数3次；（抽样）

检查；