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什么是鋁基板
鋁基板(英文翻譯是Aluminum substrate)是一種具有良好散熱功能的金屬基覆銅板,一般單面板由三層結(jié)構(gòu)所組成,分別是電路層(銅箔)、絕緣層和金屬基層。用于高端使用的也有設(shè)計(jì)為雙面板,結(jié)構(gòu)為電路層、絕緣層、鋁基、絕緣層、電路層。極少數(shù)應(yīng)用為多層板,可以由普通的多層板與絕緣層、鋁基貼合而成。
鋁基板的結(jié)構(gòu)
鋁基覆銅板是一種金屬線路板材料、由銅箔、導(dǎo)熱絕緣層及金屬基板組成,它的結(jié)構(gòu)分三層:
CIREUITL.LAYER線路層:相當(dāng)于普通PCB的覆銅板,線路銅箔厚度LOZ至10OZ
DIELCCTRICLAYER絕緣層:絕緣層是一層低熱阻導(dǎo)熱絕緣材料
BASELAYER基層:是金屬基板,一般是鋁或可所選擇銅。鋁基覆銅板和傳統(tǒng)的環(huán)氧玻璃布層壓板等。
電路層(即銅箔)通常經(jīng)過蝕刻形成印刷電路,使元件的各個(gè)部件相互連接,一般情況下,電路層要求具有很大的載流能力,從而應(yīng)使用較厚的銅箔,厚度一般35ΜM~280ΜM;導(dǎo)熱絕緣層是鋁基板核心技術(shù)之所在,它一般是由特種陶瓷填充的特殊的聚合物構(gòu)成,熱阻小,粘彈性能優(yōu)良,具有抗熱老化的能力,能夠承受機(jī)械及熱應(yīng)力。
高性能鋁基板的導(dǎo)熱絕緣層正是使用了此種技術(shù),使其具有極為優(yōu)良的導(dǎo)熱性能和高強(qiáng)度的電氣絕緣性能;金屬基層是鋁基板的支撐構(gòu)件,要求具有高導(dǎo)熱性,一般是鋁板,也可使用銅板(其中銅板能夠提供更好的導(dǎo)熱性),適合于鉆孔、沖剪及切割等常規(guī)機(jī)械加工。
PCB材料相比有著其他材料不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。適合功率元件表面貼裝SMT公藝。無需散熱器,體積大大縮小、散熱效果極好,良好的絕緣性能和機(jī)械性能。
鋁基板的性能特點(diǎn)
1、采用表面貼裝技術(shù)(SMT);
2、在電路設(shè)計(jì)方案中對(duì)熱擴(kuò)散進(jìn)行極為有效的處理;
3、降低產(chǎn)品運(yùn)行溫度,提高產(chǎn)品功率密度和可靠性,延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命;
4、縮小產(chǎn)品體積,降低硬體及裝配成本;
5、取代易碎的陶瓷基板,獲得更好的機(jī)械耐久力。
鋁基板的用途
用途:功率混合IC(HIC)
1、音頻設(shè)備:輸入、輸出放大器、平衡放大器、音頻放大器、前置放大器、功率放大器等。
2、電源設(shè)備:開關(guān)調(diào)節(jié)器、DC/AC轉(zhuǎn)換器、SW調(diào)整器等。
3、通訊電子設(shè)備:高頻增幅器、濾波電器、發(fā)報(bào)電路。
4、辦公自動(dòng)化設(shè)備:電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器等。
5、汽車:電子調(diào)節(jié)器、點(diǎn)火器、電源控制器等。
6、電腦:CPU板、軟碟驅(qū)動(dòng)器、電源裝置等。
7、功率模組:換流器、固體繼電器、整流電橋等。
高導(dǎo)熱鋁基板與鋁基板導(dǎo)熱系數(shù)
鋁基板導(dǎo)熱系數(shù)顧名思義,它是一種鋁基板散熱性能參數(shù),它是衡量鋁基板好壞的三大標(biāo)準(zhǔn)之一(熱阻值和耐壓值是另兩個(gè)性能)。鋁基板導(dǎo)熱系數(shù)可以在板材壓合之后經(jīng)過測(cè)儀器測(cè)試得出數(shù)據(jù),目前導(dǎo)熱值高的一般是陶瓷類、銅等,但是由于考慮到成本的問題,目前市場(chǎng)上大多數(shù)為鋁基板,相對(duì)應(yīng)的鋁基板導(dǎo)熱系數(shù)是大家所關(guān)心的參數(shù),導(dǎo)熱數(shù)越高就是代表性能越好的標(biāo)志之一。鋁基板是一種獨(dú)特的金屬基覆銅板鋁基板,它具有良好的導(dǎo)熱性、電氣絕緣性能和機(jī)械加工性能。
一般情況下,在LED設(shè)計(jì)和各種電子設(shè)計(jì)的時(shí)候,都會(huì)有鋁基板的應(yīng)用,而LED散熱設(shè)計(jì)則是按照流體動(dòng)力學(xué)軟件進(jìn)行仿真和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的,這對(duì)于鋁基板的生產(chǎn)來說是十分必要的。
所謂流體流動(dòng)的阻力則是由于流體的粘性和固體邊界的影響,而導(dǎo)致流體在流動(dòng)過程中受到一定的阻力,這個(gè)阻力就被成為流動(dòng)阻力,可以分為沿程阻力和局部阻力兩種;沿程阻力是在邊界急劇變化的區(qū)域,如斷面突然擴(kuò)大或者是突然縮小、彎頭等局部位置,是流體的流動(dòng)狀態(tài)發(fā)生急劇變化而產(chǎn)生的流動(dòng)阻力。
通常,LED鋁基板所采用的散熱器為自然散熱,在散熱器的設(shè)計(jì)過程中主要分為三個(gè)步驟:
1、根據(jù)相關(guān)的約束條件來設(shè)計(jì)散熱器的輪廓圖;
2、根據(jù)鋁基板散熱器的相關(guān)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則來對(duì)散熱器的齒厚、齒的形狀、齒間距和鋁基板的厚度進(jìn)行優(yōu)化;
3、進(jìn)行校核計(jì)算,以確保散熱器的散熱性能。
鋁基板的散熱設(shè)計(jì)
為什么要進(jìn)行熱設(shè)計(jì)?
高溫對(duì)電子產(chǎn)品的影響:絕緣性能退化;元器件損壞;材料的熱老化;低熔點(diǎn)焊縫開裂、焊點(diǎn)脫落。
溫度對(duì)元器件的影響:一般而言,溫度升高電阻阻值降低;高溫會(huì)降低電容器的使用壽命;高溫會(huì)使變壓器、扼流圈絕緣材料的性能下降,一般變壓器、扼流圈的允許溫度要低于95C;溫度過高還會(huì)造成焊點(diǎn)合金結(jié)構(gòu)的變化—IMC增厚,焊點(diǎn)變脆,機(jī)械強(qiáng)度降低;結(jié)溫的升高會(huì)使晶體管的電流放大倍數(shù)迅速增加,導(dǎo)致集電極電流增加,又使結(jié)溫進(jìn)一步升高,最終導(dǎo)致組件失效。
熱設(shè)計(jì)的目的是控制產(chǎn)品內(nèi)部所有電子元器件的溫度,使其在所處的工作環(huán)境條件下不超過標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范所規(guī)定的最高溫度。最高允許溫度的計(jì)算應(yīng)以元器件的應(yīng)力分析為基礎(chǔ),并且與產(chǎn)品的可靠性要求以及分配給每一個(gè)元器件的失效率相一致。
鋁基板散熱問題解決方案
LED的散熱問題是LED廠家最頭痛的問題,不過可以采用鋁基板,因?yàn)殇X的導(dǎo)熱係數(shù)高,散熱好,可以有效的將內(nèi)部熱量導(dǎo)出。鋁基板是一種獨(dú)特的金屬基覆銅板,具有良好的導(dǎo)熱性、電氣絕緣性能和機(jī)械加工性能。設(shè)計(jì)時(shí)也要儘量將PCB靠近鋁底座,從而減少灌封膠部分產(chǎn)生的熱阻。
鋁基板的應(yīng)用和應(yīng)用特點(diǎn)
鋁基板由其本身構(gòu)造,具有以下特點(diǎn):導(dǎo)熱性能非常優(yōu)良、單面縛銅、器件只能放置在縛銅面、不能開電器連線孔所以不能按照單面板那樣放置跳線。
鋁基板上一般都放置貼片器件,管,輸出整流管通過基板把熱量傳導(dǎo)出去,熱阻很低,可取得較高可靠性。變壓器采用平面貼片結(jié)構(gòu),也可通過基板散熱,其溫 升比常規(guī)要低,同樣規(guī)格變壓器采用鋁基板結(jié)構(gòu)可得到較大的輸出功率。
由于鋁基板優(yōu)良的導(dǎo)熱性,在小量手工焊接時(shí)比較困難,焊料冷卻過快,容易出現(xiàn)問題現(xiàn)有一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的方法,將一個(gè)燙衣服的普通電熨斗(最好有調(diào)溫功能),翻過來,熨燙面向上,固定好,溫度調(diào)到150℃左右,把鋁基板放在熨斗上面,加溫一段時(shí)間,然后按照常規(guī)方法將元件貼上并焊接,熨斗溫度以器件易于焊接為宜,太高有可能時(shí)器件損壞,甚至鋁基板銅皮剝離,溫度太低焊接效果不好,要靈活掌握.