佘乃東 黃增彪

（國(guó)家電子電路基材工程技術(shù)研究中心，廣東 東莞 523808）

葉曉敏

（廣東生益科技股份有限公司，廣東 東莞 523808）

1 技術(shù)背景

電子產(chǎn)品為實(shí)現(xiàn)“輕薄短小”，必然向著高密度布線(xiàn)方向發(fā)展，而高密度布線(xiàn)必須考慮PCB和元器件散熱問(wèn)題，常規(guī)的FR-4、CEM-3等覆銅板材料基體皆為熱的不良導(dǎo)體。如何在有限的空間盡可能將電子元器件工作時(shí)產(chǎn)生的熱量快速散出，近幾年來(lái)成為行業(yè)重要的研究課題。

鋁基覆銅板由于具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能、良好的加工性能和相對(duì)高的性?xún)r(jià)比，被廣泛運(yùn)用于LED（發(fā)光二極管）散熱電路設(shè)計(jì)。近年來(lái)隨著LED照明產(chǎn)品曲面安裝設(shè)計(jì)的應(yīng)用需求，對(duì)鋁基覆銅板除了散熱性能要求外，同時(shí)還提出了可彎折的要求。可彎折鋁基覆銅板將成為新一代多元化設(shè)計(jì)的照明配套材料。

鋁基覆銅板是由鋁板、絕緣介質(zhì)層和銅箔三種材料組成。其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)（如圖1）。

圖1 鋁基覆銅板結(jié)構(gòu)

2 設(shè)計(jì)思路

可彎折鋁基覆銅板除具有鋁基覆銅板的一般性能外，還要具有可彎折性能。其關(guān)鍵技術(shù)為絕緣層的開(kāi)發(fā)和鋁板的表面處理。一般來(lái)說(shuō)，環(huán)氧樹(shù)脂的彎折性能欠佳，為了改善其絕緣層的彎折性能，可選擇柔韌樹(shù)脂?？紤]到鋁基覆銅板的可靠性，本文選擇聚酰亞胺復(fù)合膜作為絕緣層，與表面處理好的鋁板和銅箔通過(guò)高溫壓合，制得可彎折鋁基覆銅板。設(shè)計(jì)思路（如圖2）。

圖2 可彎折鋁基覆銅板設(shè)計(jì)思路

3 結(jié)果討論

主要試驗(yàn)儀器見(jiàn)表1所示。

3.1 鋁基覆銅板用鋁板型號(hào)

從表2可見(jiàn)，牌號(hào)5052鋁板的密度最小，在同樣在相同面積下5052的重量低于其他系列。在硬度和抗拉強(qiáng)度方面，6061T6的硬度和抗拉強(qiáng)度最高、5052H32次之、1060H24最低。牌號(hào)1060鋁板由于鋁含量最多，在熱導(dǎo)率方面表現(xiàn)最好，可達(dá)到231 W/m·K，其他幾個(gè)系列都在150 W/m·K左右。

根據(jù)可彎折鋁基覆銅板的應(yīng)用特點(diǎn)，一般選擇1系列、3系列或5系列的鋁板。

3.2 鋁板表面處理

鋁板作為制造鋁基覆銅板的主要原材料，一般需要對(duì)鋁板進(jìn)行必要的表面加工處理，其處理目的：提高與絕緣層粘結(jié)力和耐熱性，保證鋁基覆銅板的可靠性。鋁板主要處理方式包括機(jī)械粗化和化學(xué)粗化。根據(jù)鋁基覆銅板的性能特點(diǎn)，本文采用陽(yáng)極氧化的方式對(duì)鋁板的表面進(jìn)行處理，氧化膜厚度控制為2 μm～4 μm。

表1 主要試驗(yàn)儀器

表2 鋁基覆銅板常用各牌號(hào)鋁板的主要性能表

4 鋁基覆銅板性能

4.1 可彎折性能評(píng)估方法

可彎折鋁基板的主要性能為可彎折性，針對(duì)鋁基板的應(yīng)用特點(diǎn)開(kāi)發(fā)并制定可彎折性評(píng)估方法。

儀器：萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)（特制模具，固定角度彎折）、耐壓測(cè)試儀（Hi-Pot測(cè)試）

評(píng)估流程見(jiàn)圖3所示。

4.2 鋁厚對(duì)可彎折鋁基板性能影響

采用0.8 mm、1.0 mm和1.5 mm的鋁板搭配25 μm的絕緣層和厚35 μmHTE電解銅箔壓制成不同規(guī)格的鋁基板，測(cè)試主要性能（見(jiàn)表3）。

從測(cè)試結(jié)果看：（1）各層厚度均勻性好；（2）剝離強(qiáng)度都大于2.0 N/mm，一致性好；（3）耐熱性較好，可通過(guò)288 ℃/10 s/6次的測(cè)試；（4）從耐壓結(jié)果看，未彎折前25 μm的絕緣層都可以過(guò)4000 VAC的耐壓測(cè)試，彎折后隨著彎折角度的減小，耐壓能力會(huì)有所下降；當(dāng)彎折角度達(dá)到60°時(shí)，鋁板厚度對(duì)耐壓影響明顯，建議當(dāng)鋁板厚度大于1.0 mm時(shí)可以采用鋁板面開(kāi)凹槽的方式減少由于鋁板厚度對(duì)彎折后耐壓的影響。

4.3 絕緣層厚度對(duì)可彎折鋁基板性能影響

采用1.0 mm的鋁板搭配25 μm和20 μm兩種絕緣層和35 μmHTE電解銅箔壓制成不同規(guī)格的鋁基板，主要性能測(cè)試結(jié)果（見(jiàn)表4）。

圖3 可彎折性評(píng)估方法過(guò)程

表3 不同鋁板厚度鋁基板性能表

表4 不同鋁板厚度鋁基板性能表

從測(cè)試結(jié)果看：（1）絕緣層厚度從25 μm降低到20 μm后，剝離強(qiáng)度降低約50%，主要是由于20 μm的絕緣層其有效粘結(jié)層減薄，從而影響了剝離強(qiáng)度；（2）在耐壓方面，降低絕緣層到20 μm后，耐壓能力下降明顯，主要受限于絕緣的有效安全距離的影響，當(dāng)絕緣層過(guò)薄時(shí)，其厚度變化對(duì)耐電壓的影響程度更大，為了滿(mǎn)足更好的耐壓電壓性能，可適當(dāng)提高薄絕緣層的有效厚度。

4.4 銅箔類(lèi)型對(duì)可彎折鋁基板性能影響

采用1.0 mm的鋁板和25 μm絕緣層搭配1 oz厚的普通電解銅箔、低輪廓電解銅箔和壓延銅箔壓制成不同規(guī)格的鋁基板，測(cè)試主要性能（見(jiàn)表5）。

從測(cè)試結(jié)果看，（1）采用低輪廓電解銅，剝離強(qiáng)度有所提升，主要是由于采用的25 μm聚酰亞胺復(fù)合膜的有效粘結(jié)層只有4 μm，普通1 oz電解銅箔的銅牙過(guò)大，其有效粘結(jié)面反而減少，影響了剝離強(qiáng)度，樣品電鏡對(duì)比圖（見(jiàn)圖4）；（2）采用壓延銅箔，更有利于提升彎折后的耐電壓性能。

表5 不同銅箔厚度鋁基板性能表

圖4 電鏡對(duì)比圖

2.4 可靠性考察

考察樣品：Al：1.0 mm；絕緣層：25 μm；銅：35 μm 低輪廓電解銅箔（彎折角度包含60°、90°、120°，鋁面開(kāi)凹槽）

處理?xiàng)l件：-45 ℃/30min～125 ℃/30min 1000 cycles

測(cè)試項(xiàng)目：耐電壓、剝離強(qiáng)度

測(cè)試結(jié)果如圖5和表6。從測(cè)試結(jié)果看經(jīng)過(guò)TCT（熱循環(huán)）（-45 ℃/30 min～125 ℃/30 min 1000 cycles）處理后，性能保持不變，耐電壓和剝離強(qiáng)度沒(méi)有出現(xiàn)下降情況，同時(shí)采用鋁面開(kāi)凹槽方式，有效提升了彎折角度60°的耐電壓值（如圖5）。

圖5 TCT處理后耐電壓情況

2.5 綜合性能匯總

表6 TCT處理后剝離強(qiáng)度情況

表7 可彎折鋁基板性能及對(duì)比表

對(duì)可彎折鋁基板（型號(hào)DAR03）進(jìn)行綜合性能測(cè)試并和國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品C進(jìn)行對(duì)比，從對(duì)比數(shù)據(jù)看，主要性能和國(guó)外同類(lèi)C產(chǎn)品相當(dāng)，綜合性能良好，結(jié)果（見(jiàn)表7）。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著新一代照明技術(shù)的發(fā)展，對(duì)LED載板的散熱提出了更高的要求，同時(shí)又提出了可彎折應(yīng)用需求。為了滿(mǎn)足更高散熱和更多功能化的要求，現(xiàn)開(kāi)發(fā)了可彎折金屬基板的產(chǎn)品，滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。