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PCB板绝缘层与铜箔厚度检测发布时间:2016-03-24 10:42:00

铜箔的厚度对PCB铝基板的影响

作为越来越追求性价比的今天,买家卖家都常常不约而同选择铜箔较薄的铝基板,从而降低成本。然而,很多人却不知道铜箔的厚度如何影响灯珠的散热。PCB铝基板由电路层、导热绝缘层和金属基层组成(如下图1)。



电路层(即铜箔)通常经过蚀刻形成印刷电路,使组件的各个部件相互连接,电路层要求具有很大的载流能力。铜箔具有较高的电导率5.9x10^7 S/m,但线宽不足、铜箔厚度偏薄、走线过长均有可能引起铜箔在大电流下烧毁。当设计完成时,线路已经定型,如果铜箔厚度降低了,则铝基板的可靠性也就降低。特别是线路布局复杂的灯具,选用的PCB铜箔厚度变薄,则需重新考量其可靠性。表1PCB板设计时常用的线宽与电流的关系参考表格,对于铝基板温升普遍超过40℃的灯具而言,线路线宽与电流则需按实际情况加宽。


铜箔的在PCB板上的贡献除了导电之外另一个功能就是导热,功率型器件往往通过大面积铜箔的方式进行散热,此时铜箔过薄则会导致散热的能力降低。扩大铜箔面积也可以改善铝基板的散热能力,降低LED灯珠的结温。如图2所示,未扩大铜箔面积时LED器件的主要散热只有通道1,当铜箔面积增加后,增加了通道2、通道3的传热。此时,铜箔的厚度决定通道2的热传导能力。因此,增加铜箔的厚度也可以有效的改善灯具的散热效果。

     图2.铝基板散热图

绝缘层的厚度对PCB铝基板的影响

铝基板的绝缘层一般是由特种陶瓷填充的特殊的聚合物构成,热阻小,粘弹性能优良,具有抗热老化的能力,能够承受机械及热应力。常温下铜的导热系数约为400W/m.K, 纯铝为237W/m.K,而铝基板的导热系数只有1.03.0W/m.K。不言而喻,导热系数较高绝缘层导致了铝基板整体的热系数降低。因此,导热绝缘层是PCB铝基板核心技术之所在,它决定了基板的导热性能。金鉴指出,覆铜板中的绝缘层厚度和其导热系数才是影响整体导热系数的最大主因;同时,在相同材料相同厚度的情况下,绝缘层是否与金属材料之间粘接良好也是不可忽视的因素,粘接不良则带来较大的界面接触热阻,同样会导致整体的导热系数不理想。



在理论上,绝缘层的厚度越薄,铝基板的导热能力越好。当铝基板的绝缘层厚度降低一半,其整体的导热系数可提高接近一倍,因此降低绝缘层厚度可以有效的提高铝基板的导热性能。但是,金鉴LED品质实验室认为绝缘层并非越薄越好,厚度过薄则导致耐压达不到标准,剥离强度降低。绝缘层的厚度一般为75μm150μm,实际的厚度需根据铝基板的应用要求进行定制。此外,绝缘层的厚度越薄,制造难度越大,生产成本越高。选用绝缘层材料导热性能越好,基板的散热性能越好,其可以选用金鉴的材料导热系数测试进行判定。


铝板的厚度对PCB铝基板的影响

金属基层是铝基板的支撑构件,要求具有高导热性,一般是铝板,也可使用铜板(其中铜板能够提供更好的导热性),适合于钻孔、冲剪及切割等常规机械加工。大多数人通常存在误区,希望减小铝基材厚度来改善基板的导热系数,实则减小铝板的厚度对整个基板的导热系数基本无影响。铝板的厚度减少过薄则会引起铝基板翘曲,这是由于铝板与线路层的铜箔之间的不同的热膨胀系数。如果铜箔的厚度小于铝板厚度的10%,铝基板的翘曲将是不可避免的。


鉴于此,金鉴LED品质实验室专门推出测量PCB板认证业务,旨在为PCB、MCPCB板生产厂商、封装厂、灯具厂提供优质的检测服务。


认证的目的:测量PCB板各层的厚度,确定其是否符合业内标准或者客户的要求。


服务客户 :PCB、MCPCB板生产厂商、封装厂、灯具厂。


服务内容:

1.外观,该产品正面是否有刮花露铜现象,用的油墨是否是劣质的,是否按照该油墨比例来调配的。

2.线路,该产品的线路铜厚度是多少?该产品的线路是否用其它金属压制而成(或其它金属膏类印刷而成),线路决定该产品能承受的电流。

3.绝缘层,该产品的的绝缘层采用哪种树脂或者其它绝缘层份,什么样的绝缘层份决定该产品的导热系数。产品的绝缘厚度是多少,不同的绝缘层份厚度承受的耐压也不一样。

4.铝,该产品的铝的厚度是多少,铝是否纯,是否经过阳极处理,铝的纯度不同,散热系数也不同,是否在生产中被蚀刻水腐蚀了,线路板不只是线路,还决定的该产品的能用多久,是否安全,就像人的血管一样。

 

案例一:PCB板绝缘层与铜箔厚度实测值与标称值不符

绝缘层的厚度实测为132.60μm,与产品规格书的100μm相差较大。



案例二:铜箔层厚度不均

在一个灯具烧灯的失效案例中,其灯珠烧毁位置集中在灯板首尾两端。经我司显微热分布测试显示,灯具点亮使用过程中灯板首颗灯珠胶面温度偏高。


                        灯板灯珠温度测试


分别对失效位置及相邻未失效位置PCB板进行切片制样:

 未失效位置铜箔厚度测量               失效位置铜箔厚度测量


对比发现失效位置铜箔比未失效位置偏薄约2μm。在PCB板生产层压过程中,会导致铜箔厚度不均,出现中间厚、两侧薄,中间薄、两侧厚或一侧厚一侧薄等状况,其原因有:

1.粘结片树脂流变性与层压程序不匹配;

2.层压机热压板平行性、平坦性精度不够;

3.热压板压力分布均匀性不够;

4.热压板温度分布不均匀等。

    

结合PCB板铜箔分布图,PCB板首尾两端铜箔面积减小且厚度偏薄,降低了灯珠的散热量,使得该位置的灯珠温度偏高。


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