金属基板板材料

金属基板板材料

金属基板的定义、结构与品种分类

金属基板的定义

由金属层（铝、铝合金、铜、铁、钼、矽钢等金属薄板）、绝缘介质层（改性环氧树脂、PI树脂、P PO树脂等）和铜箔（电解铜箔、压延铜箔等）三位一体复合制成的金属基覆铜板（Metal Base Copper Clade Laminates），并在金属基覆铜板上制作印制电路的一种特殊印制电路板，它被称为金属基印制电路板，简称为金属基板（MCPCB）。各种金属基板实例见图。金属基板实例图·

确切的按照构造讲，仅在金属板表面形成绝缘层，并在其上的导电层形

成电路图形（即单面电路图形）的，称为金属基印制电路板（简称为金属基板）。而在金属板表面和背面全部形成绝缘层，并在两面绝缘层上的导电层都形成电路图形（即双面电路图形）的，称为金属芯印制电路板（简称为金属芯基板）。近年来在金属基板的基础上，又派生出不少种类的复合基板。如树脂-陶瓷复合基板；树脂-多孔陶瓷复合基板；树脂-硅复合基板、金属基-包覆绝

缘层复合基板等。

基板的生产与应用的发展

金属基板以其优异的散热性能、机械加工性能、电磁屏蔽性能、尺寸稳定性能、磁力性能及多功能性能，在混合集成电路、汽车、摩托车、办公自剪化、大功率电器设备、电源设备等领域，得到了越来越多的应用，特别是在LED封装产品中作为底基板得到广泛的应用。所示了金属基板在LED中充当封装基板的应用情况。金属基板作为LED的封装基板的应用与安装结构图

尽管金属基板在LED封装广泛只有很短历史，由于它的散热性、加工性等好于一般的陶瓷基板，它已经目前一般LED封装用的主流基板。并在LED封装方面的应用量，已超过其它上述的应用领域需求量。可以讲，LED产业的形成和发展造就了金属基板行业的壮大发展。金属基板的品种分类

（1）从金属基板的结构上划分，常见的有三种，即金属基板、包覆型

金属基板和金属芯基板（见图），其中金属基板是最常见，用量最多的

一种。

金属基板是以金属板（铝、铜、铁、钼等）为基材，在其基板上覆有绝缘介质层和导电层（铜箔）。包覆型金属基板是在金属板的六面包覆一层釉料，经烧结而成一体的底基.在此上经丝网漏引、烧结、制成

导体电路图形。金属芯基板一般由铜和铝作芯材，在其表面涂覆一层有机高分子绝缘介质层，或将其复合在半固化片上或PET薄膜之中，覆上导体箔（有的用加成法直接形成导电图形）。从金属基板的结构划分的常见三个品种的结构金属基板、包覆型金属基板和金属芯基板在应用特性上的对比见表所归纳。

（2）按金属基板的组成可划分为：

①金属铝基板：②金属铁基板；③金属铜基板：④金属钼基板；⑤金属铝合金基板等。

铝基板具有高散热性，机械强度高加工性好的优点。但它所制的PCB，在装配有开关元件及电源、功放元件的部位上，工作时发生噪音。铝基板与其它金属基板相比，相对线膨胀系数较大。为了解决上述问题，达到PCB高密度布线和降低、消除噪音发生，近年出现厂二层结构的铝基板。铁基板具有其它金属基板所不具备的电磁特性，并且尺寸稳定性好、价格低的优点。它也存在着重量、耐腐蚀、热传导性比铝、铜基板差的问题。铁基板主要分为三大类：①不锈钢基板。它的绝缘层是高温烧制的厚膜玻璃。导体层是经印刷导体材料(Ad一Pd)后，烧制而成的。板的机械强度高于陶瓷基板。但热冲击和机械冲击性较差。②

铁基板。铁板做基板，

为防止铁生锈，有进行镀铝和镀锌处理的两类板。它们的绝缘层由环氧树脂、环氧玻璃布等组成。绝缘层厚40一150um 。③低碳钢板做芯的外表为釉材不的包覆型金属基板。铜基板具有高散热性，作为底基板的接地连接性好的优点。但存在着重量大、难于进行端面防氧化处理等缺点。

三种不同金属基材的金属基覆铜箔板，所制出的PCB（金属基）与其它PCB基材在热物理性方面的对比见表.

三种不同金属基板在热物理性方面的对比

材料名称

热传

导率

W/m℃

相对

密度Kg/m

3℃

比

热J/

kg-℃

热扩

散率mm2

/s

热

阻℃

/W

元器件

上升温度发热

5W

金属铝基板（板厚 1.0mm）237 2688

0.

905

96.8

2

.8

14℃

金属铜基板398 8880

0.

368

117 -

金属铁基板（板厚 1.0mm）80.3 7870

0.

442

22.7

4

.6

23℃

环氧-玻纤布基PCB（板厚1.2 mm）0.3 1850

1.

1

0.14

1

4

70℃

铝-陶瓷复合基板36 3896

0.

779

11.8

9

注*：:热扩散率=热传导率一(密度x定压比热)。是表示在材料内温度变化传送速度的一个参数。热扩散率大者，温度变化速度快。

（3）按金属基板的性能可划分为：

①通用型金属基覆铜板：

②阻燃型金属基覆铜板：

③高耐热型金属基覆铜板：

④高导热型金属基覆铜板：

⑤超高导热型金属基覆铜板；

⑥高频、微波型金属基覆铜板；

⑦多层金属基覆铜板等。

（4）按金属基板的树脂绝缘不同划分

各种金属基板的树脂绝缘层是有所不同树脂的组成。例如：有环氧树脂、聚稀烃树脂、聚酰亚胺树脂（PI）、聚苯醚树脂（PPE）等。它们所构成的金属基板在许多性能上，特别是在散热性能、绝缘性能、耐热性能等都有着不小的差异。我国电子行业军用标准铝基覆铜板规范中，根据其绝缘层结构差异或产品

特性差异将铝基筱铜板分为三类

①通用型铝基覆铜板。其绝缘层由环氧玻璃布粘接片构成；

②高散热铝基覆铜板。其绝缘层由高导热的环氧树脂或高导热的其它树脂构成；

③高频电路用铝基覆铜板。其绝缘层由聚稀烃树脂或聚酰亚胺树脂-玻璃布粘接片构成。

铝基覆铜板与常规FR-4覆铜板的最大差异在于散热性。1.5mm厚度常规FR-4覆铜板的热阻与1. 5mm厚度三种铝基覆铜板的热阻对比，见表，由此可见，铝基覆铜板的散热性是普通FR-4覆铜板的20

多倍。

表5-3 三种铝基覆铜板品种的散热性（热阻）对比

三种铝基覆铜板品种的散热性（热阻）对比

FR-4覆铜板

通用型金属铝基

板

高散热型金属铝

基板

高频电路用金属

铝基板

20～22 ℃

/W

1.8～

2.0℃/W 1.0～1.5 ℃/W 1.8～2.0℃/W

金属基板的结构组成

这里主要介绍LED常用的一般金属基板的结构组成_。一般金属基覆铜箔板是由金属板层(铝板等)、

绝缘层(粘合剂层)和导

电层(铜箔)组成，由它制成的单面金属基PCB。它的一般构成见图5-4。图5-4 单面金属基板的构成