大功率LED散热器基覆铜箔印制电路层压板的制作工艺

大功率LED散热器基覆铜箔印制电路层压板的制作工艺

【摘要】重点介绍了大功率LED散热器基覆铜箔印制电路层压板前处理工艺与制作工艺流程，铜箔板、高导热绝缘层、散热器基板，通过高温高压的方式压合在一起做成散热器基覆铜板，然后再把散热器基覆铜板加工成散热器基印制板，真正实现了散热器与铜箔印制电路板的无缝连接。

【关键词】大功率LED散热器；铜箔；电路层压板；制作工艺

０前言

金属基覆铜箔层压板(Metal Base Copper Clad Laminates)是由金属层(铝、铜等金属薄板)、绝缘介质层(环氧树脂,陶瓷粉等)和铜箔(电解铜箔、压延铜箔等)三位一体复合制成的印制电路板(PCB)用特殊基板材料。

1963年美国Ves Ierm Electrico公司首创了铁基夹芯印制板及基板材料，并在继电器上得到应用。美国贝格斯公司(Bergquist)在20世纪60年代初成为了世界最早制作铝基覆铜板的企业。随后，日本的住友金属、松下电工等公司也推出了商品化的金属基覆铜板。

目前，国内外LED功率器散热及电子线路板散热普遍采用铝基覆铜箔层压板作为线路板基材，由于用铝板替代了普通的印制线路板中的非金属增强材料，使得整个线路板成为一个巨大的散热器，这样既加快了电路工作产生的热量的散发，又免去了在电路中加装散热器，减小了印制电路组装板的安装空间。同时，铝具有比重小、导热性高、良好的延展性等特性，因此，铝基覆铜箔层压板的研制成功是印制线路板发展的一次重大革命，成为大功率电源板（模块）、LED光电板（模块）的抢手材料，一问世就赢得了广泛的市场需求。

１金属覆铜箔层压板的结构与工作原理

金属基覆铜箔层压板结构一般是由金属基层(铝、铜等金属薄板)、绝缘导热层(环氧树脂,陶瓷粉等)和铜箔(电解铜箔、压延铜箔等)组成。目前，应用最广的是铝基覆铜箔层压板，其结构如图1所示。

铝基覆铜箔层压板的工作原理：LED功率器件表面贴装在印制电路层，如图2所示，LED功率器件运行时所产生的热量通过绝缘层快速传导到金属（铝）基层，然后由金属（铝）基层将热量传递给散热器将热量散出去，从而实现对LED功率器件的散热，与传统的FR-4覆铜板相比，铝基覆铜箔层压板能够将热阻降至最低，铝基覆铜箔层压板具有极好的热传导性能；与陶瓷基板相比，它具有良好的机械性能。

２大功率LED散热器基覆铜箔印制电路层压板前处理工艺

２．１原料与试剂的选择

选择氢氧化钠、硫酸、二甲基甲酰胺、氢氧化铝、双氢胺、丙酮、铝型材板、固化剂、促进剂。

２．２铝型材散热器基板表面阳极氧化处理

用氢氧化钠处理铝型材散热器基板直至油污除尽,清洗干净后进行氧化,氧化时采用硫酸溶液,至氧化膜适当厚度,洗净备用。

２．３绝缘导热胶膜制备

氢氧化铝和环氧树脂混合，放入烘箱加温,冷却后加入反应釜,再加入丙酮搅拌均匀后加入适量的固化剂,促进剂至反应完全备用。

２．４铝型材散热器基板涂覆有机绝缘导热胶膜

把制备好的有机绝缘导热胶膜均匀的涂覆在处理好的铝型材散热器基板上,进烘道烘干至半固化状态. 涂覆适当厚度的有机介质。

２．５层压

在涂覆有机绝缘导热胶膜的铝型材散热器基板覆盖0.035mm的铜箔,经真空压机热压压合。

３大功率LED散热器基覆铜箔印制电路层压板的制作工艺流程

通过采用三氧化二铝与环氧树脂混合成机绝缘导热胶膜，解决了绝缘介质—环氧树脂的导热性差的技术难题，由于环氧树脂具有良好的绝缘性能和粘合性能，但导热性差，而三氧化二铝既具有良好绝缘性能又具有良好的导热性能，因此两者的结合，既解决了粘合性能，又解决了提高导热性能，同时未降低绝缘性能，经适当的热压处理后，实现了散热器与铜箔印制电路板的无缝连接。其制作工艺流程：

首先，将铜箔板、高导热绝缘层、散热器基板，通过高温高压的方式压合在一起做成散热器板→散热器基板浸暗→散热器基板阳极氧化→涂覆有机胶膜→烘干→配模→层压→脱模→剪切→贴膜。

最后，再把散热器基覆铜板加工成散热器基印制板，真正实现了散热器与铜箔印制电路板的无缝连接，大大降低了散热阻抗（热阻：≤0.25℃/W），提高了大功率LED器件的散热效果，工艺流程图如图3所示。

4项目的特色和创新之处

4．１将普通的金属基板换成散热器形成散热器基板，真正实现了散热器与铜箔印制电路板的无缝连接，大大降低了散热阻抗（热阻：≤0.25℃/W），是普通铝基覆铜箔层压板（热阻：≥ 2℃/W）散热能力的8倍。

4．２自主开发高导热绝缘介质材料，在环氧树脂中添加纳米三氧化二铝、纳米氮化铝高导热材料混合成性能优异的有机胶膜，在不降低铝基覆铜箔层压板的机械、电气性能、化学性能和环境性能的情况下，将散热阻抗降低到0.25℃/W 以下。

4．３用铝型材直接作为散热器基板，大大降低了散热器基板加工制造成本。

５结束语

大功率LED散热器基覆铜箔印制电路层压板的研制开发成功，将为LED照明大规模、宽领域推广应用奠定了技术基础，其绝缘电阻、击穿电压和耐热冲击能力等各项关键技术指标均符合国家军用产品标准并超过了日本NRK同类产品指标，达到国际先进水平。

产品的产业化将带动LED应用上的飞跃，促进我国LED研发向高端技术发展，有力提升LED行业及企业国际竞争力。同时对振兴民族工业，提升我国新能源行业整体技术水平起到了巨大的推动作用。