銅箔的厚度對PCB鋁基板的影響

作為越來越追求性價比的今天，買家賣家都常常不約而同選擇銅箔較薄的鋁基板,從而降低成本。然而，很多人卻不知道銅箔的厚度如何影響燈珠的散熱。PCB鋁基板由電路層、導熱絕緣層和金屬基層組成（如下圖1）。

電路層（即銅箔）通常經過蝕刻形成印刷電路，使組件的各個部件相互連接，電路層要求具有很大的載流能力。銅箔具有較高的電導率5.9x10^7 S/m，但線寬不足、銅箔厚度偏薄、走線過長均有可能引起銅箔在大電流下燒毀。當設計完成時，線路已經定型，如果銅箔厚度降低了，則鋁基板的可靠性也就降低。特別是線路布局復雜的燈具，選用的PCB銅箔厚度變薄，則需重新考量其可靠性。表1為PCB板設計時常用的線寬與電流的關系參考表格，對于鋁基板溫升普遍超過40℃的燈具而言，線路線寬與電流則需按實際情況加寬。

銅箔的在PCB板上的貢獻除了導電之外另一個功能就是導熱，功率型器件往往通過大面積銅箔的方式進行散熱，此時銅箔過薄則會導致散熱的能力降低。擴大銅箔面積也可以改善鋁基板的散熱能力，降低LED燈珠的結溫。如圖2所示，未擴大銅箔面積時LED器件的主要散熱只有通道1，當銅箔面積增加后，增加了通道2、通道3的傳熱。此時，銅箔的厚度決定通道2的熱傳導能力。因此，增加銅箔的厚度也可以有效的改善燈具的散熱效果。

     圖2.鋁基板散熱圖

絕緣層的厚度對PCB鋁基板的影響

鋁基板的絕緣層一般是由特種陶瓷填充的特殊的聚合物構成，熱阻小，粘彈性能優良，具有抗熱老化的能力，能夠承受機械及熱應力。常溫下銅的導熱系數約為400W/m.K, 純鋁為237W/m.K，而鋁基板的導熱系數只有1.0～3.0W/m.K。不言而喻，導熱系數較高絕緣層導致了鋁基板整體的熱系數降低。因此，導熱絕緣層是PCB鋁基板核心技術之所在，它決定了基板的導熱性能。金鑒實驗室指出，覆銅板中的絕緣層厚度和其導熱系數才是影響整體導熱系數的最大主因；同時，在相同材料相同厚度的情況下，絕緣層是否與金屬材料之間粘接良好也是不可忽視的因素，粘接不良則帶來較大的界面接觸熱阻，同樣會導致整體的導熱系數不理想。

在理論上，絕緣層的厚度越薄，鋁基板的導熱能力越好。當鋁基板的絕緣層厚度降低一半，其整體的導熱系數可提高接近一倍，因此降低絕緣層厚度可以有效的提高鋁基板的導熱性能。但是，金鑒LED品質實驗室認為絕緣層并非越薄越好，厚度過薄則導致耐壓達不到標準，剝離強度降低。絕緣層的厚度一般為75μm～150μm，實際的厚度需根據鋁基板的應用要求進行定制。此外，絕緣層的厚度越薄,制造難度越大,生產成本越高。選用絕緣層材料導熱性能越好，基板的散熱性能越好，其可以選用金鑒的材料導熱系數測試進行判定。

鋁板的厚度對PCB鋁基板的影響

金屬基層是鋁基板的支撐構件，要求具有高導熱性，一般是鋁板，也可使用銅板（其中銅板能夠提供更好的導熱性），適合于鉆孔、沖剪及切割等常規機械加工。大多數人通常存在誤區，希望減小鋁基材厚度來改善基板的導熱系數，實則減小鋁板的厚度對整個基板的導熱系數基本無影響。鋁板的厚度減少過薄則會引起鋁基板翹曲，這是由于鋁板與線路層的銅箔之間的不同的熱膨脹系數。如果銅箔的厚度小于鋁板厚度的10%，鋁基板的翹曲將是不可避免的。

鑒于此，金鑒LED品質實驗室專門推出測量PCB板認證業務，旨在為PCB、MCPCB板生產廠商、封裝廠、燈具廠提供優質的檢測服務。

認證的目的：測量PCB板各層的厚度，確定其是否符合業內標準或者客戶的要求。

服務客戶 :PCB、MCPCB板生產廠商、封裝廠、燈具廠。

服務內容：

1.外觀，該產品正面是否有刮花露銅現象，用的油墨是否是劣質的，是否按照該油墨比例來調配的。

2.線路,該產品的線路銅箔厚度是多少？該產品的線路是否用其它金屬壓制而成（或其它金屬膏類印刷而成），線路決定該產品能承受的電流。

3.絕緣層，該產品的的絕緣層采用哪種樹脂或者其它絕緣層份，什么樣的絕緣層份決定該產品的導熱系數。產品的絕緣厚度是多少，不同的絕緣層份厚度承受的耐壓也不一樣。

4.鋁，該產品的鋁的厚度是多少，鋁是否純，是否經過陽極處理，鋁的純度不同，散熱系數也不同，是否在生產中被蝕刻水腐蝕了，線路板不只是線路，還決定的該產品的能用多久，是否安全，就像人的血管一樣。

案例一：PCB板絕緣層與銅箔厚度實測值與標稱值不符

絕緣層的厚度實測為132.60μm,與產品規格書的100μm相差較大。

案例二：銅箔層厚度不均

在一個燈具燒燈的失效案例中，其燈珠燒毀位置集中在燈板首尾兩端。經我司顯微熱分布測試顯示，燈具點亮使用過程中燈板首顆燈珠膠面溫度偏高。

 燈板燈珠溫度測試

分別對失效位置及相鄰未失效位置PCB板進行切片制樣：

 未失效位置銅箔厚度測量               失效位置銅箔厚度測量

對比發現失效位置銅箔比未失效位置偏薄約2μm。在PCB板生產層壓過程中，會導致銅箔厚度不均，出現中間厚、兩側薄，中間薄、兩側厚或一側厚一側薄等狀況，其原因有：

1.粘結片樹脂流變性與層壓程序不匹配；

2.層壓機熱壓板平行性、平坦性精度不夠；

3.熱壓板壓力分布均勻性不夠；

4.熱壓板溫度分布不均勻等。

結合PCB板銅箔分布圖，PCB板首尾兩端銅箔面積減小且厚度偏薄，降低了燈珠的散熱量，使得該位置的燈珠溫度偏高。