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金属基板的定义、结构与品种分类 金属基板的定义 由金属层（铝、铝合金、铜、铁、钼、矽钢等金属薄板）、绝缘介质层（改性环氧树脂、PI树脂、PPO树脂等）和铜箔（电解铜箔、压延铜箔等）三位一体复合制成的金属基覆铜板（Metal Base Copper Clade Laminates），并在金属基覆铜板上制作印制电路的一种特殊印制电路板，它被称为金属基印制电路板，简称为金属基板（MCPCB）。各种金属基板实例见图。金属基板实例图·
确切的按照构造讲，仅在金属板表面形成绝缘层，并在其上的导电层形 成电路图形（即单面电路图形）的，称为金属基印制电路板（简称为金属基板）。而在金属板表面和背面全部形成绝缘层，并在两面绝缘层上的导电层都形成电路图形（即双面电路图形）的，称为金属芯印制电路板（简称为金属芯基板）。近年来在金属基板的基础上，又派生出不少种类的复合基板。如树脂-陶瓷复合基板；树脂-多孔陶瓷复合基板；树脂-硅复合基板、金属基-包覆绝 缘层复合基板等。 基板的生产与应用的发展 金属基板以其优异的散热性能、机械加工性能、电磁屏蔽性能、尺寸稳定性能、磁力性能及多功能性能，在混合集成电路、汽车、摩托车、办公自剪化、大功率电器设备、电源设备等领域，得到了越来越多的应用，特别是在LED封装产品中作为底基板得到广泛的应用。所示了金属基板在LED中充当封装基板的应用情况。金属基板作为LED的封装基板的应用与安装结构图
（1）从金属基板的结构上划分，常见的有三种，即金属基板、包覆型 金属基板和金属芯基板（见图），其中金属基板是最常见，用量最多的 一种。
金属基板是以金属板（铝、铜、铁、钼等）为基材，在其基板上覆有绝缘介质层和导电层（铜箔）。包覆型金属基板是在金属板的六面包覆一层釉料，经烧结而成一体的底基.在此上经丝网漏引、烧结、制成导体电路图形。金属芯基板一般由铜和铝作芯材，在其表面涂覆一层有机高分子绝缘介质层，或将其复合在半固化片上或PET薄膜之中，覆上导体箔（有的用加成法直接形成导电图形）。 从金属基板的结构划分的常见三个品种的结构金属基板、包覆型金属基板和金属芯基板在应用特性上的对比见表所归纳。
（2）按金属基板的组成可划分为： ①金属铝基板：②金属铁基板；③金属铜基板：④金属钼基板；⑤金属铝合金基板等。 铝基板具有高散热性，机械强度高加工性好的优点。但它所制的PCB，在装配有开关元件及电源、功放元件的部位上，工作时发生噪音。铝基板与其它金属基板相比，相对线膨胀系数较大。为了解决上述问题，达到PCB高密度布线和降低、消除噪音发生，近年出现厂二层结构的铝基板。铁基板具有其它金属基板所不具备的电磁特性，并且尺寸稳定性好、价格低的优点。它也存在着重量、耐腐蚀、热传导性比铝、铜基板差的问题。铁基板主要分为三大类：①不锈钢基板。它的绝缘层是高温烧制的厚膜玻璃。导体层是经印刷导体材料(Ad一Pd)后，烧制而成的。板的机械强度高于陶瓷基板。但热冲击和机械冲击性较差。② 铁基板。铁板做基板， 为防止铁生锈，有进行镀铝和镀锌处理的两类板。它们的绝缘层由环氧树脂、环氧玻璃布等组成。绝缘层厚40一150um 。 ③低碳钢板做芯的外表为釉材不的包覆型金属基板。铜基板具有高散热性，作为底基板的接地连接性好的优点。但存在着重量大、难于进行端面防氧化处理等缺点。 三种不同金属基材的金属基覆铜箔板，所制出的PCB（金属基）与其 它PCB基材在热物理性方面的对比见表.
（3）按金属基板的性能可划分为： ① 通用型金属基覆铜板： ② 阻燃型金属基覆铜板： ③ 高耐热型金属基覆铜板： ④ 高导热型金属基覆铜板： ⑤ 超高导热型金属基覆铜板； ⑥ 高频、微波型金属基覆铜板； ⑦ 多层金属基覆铜板等。 （4）按金属基板的树脂绝缘不同划分 各种金属基板的树脂绝缘层是有所不同树脂的组成。例如：有环氧树脂、聚稀烃树脂、聚酰亚胺树脂（PI）、聚苯醚树脂（PPE）等。它们所构成的金属基板在许多性能上，特别是在散热性能、绝缘性能、耐热性能等都有着不小的差异。我国电子行业军用标准铝基覆铜板规范中，根据其绝缘层结构差异或产品特性差异将铝基筱铜板分为三类 ①通用型铝基覆铜板。其绝缘层由环氧玻璃布粘接片构成； ②高散热铝基覆铜板。其绝缘层由高导热的环氧树脂或高导热的其它树脂构成； ③高频电路用铝基覆铜板。其绝缘层由聚稀烃树脂或聚酰亚胺树脂-玻璃布粘接片构成。 铝基覆铜板与常规FR-4覆铜板的最大差异在于散热性。 1.5mm厚度常规FR-4覆铜板的热阻与1. 5mm厚度三种铝基覆铜板的热阻对比，见表，由此可见，铝基覆铜板的散热性是普通FR-4覆铜板的20多倍。 表5-3 三种铝基覆铜板品种的散热性（热阻）对比
金属基板的结构组成 这里主要介绍LED常用的一般金属基板的结构组成_。一般金属基覆铜箔板是由金属板层 (铝板等)、绝缘层(粘合剂层)和导 电层(铜箔)组成，由它制成的单面金属基PCB。它的一般构成见图5-4。图5-4 单面金属基板的构成
金属板层 金属基覆铜箔板的底基材是金属板，它的厚度通常为1.0;1.5; 2.0 mm厚。薄者还有 0.5mm也已在市场出现。功率模块用金属铝基板，为了防止在封装树脂时基板产生变形、翘曲等，所以一般采用3.Omm厚金属板。在构成金属板层的金属板材有多个品种，如铝、铜、铝合金、铁、钼等。在不同的金属板中，以铜材做为基板散热性最好，它的热传导率高于其他金属基板。由于铜材的密度大（ 8.9 g／cm 3），价格高、易氧化且不符合基板材料向轻量化发展的趋势，因此未被广泛使用。只有制造超高散热性金属基板时才被采用。铝板尽管散热性较铜板差，但比铁板好得多，且密度小、质轻（ 2.7 g／cm 3），可防氧化，价格较便宜，因此它是金属基覆铜板中用途最广、用量最大的一种金属板材。在金属基材品种的选择上国外厂家一般采用“6061”、“5052 AL” 型的铝板，国内主要采用“1050”和“1060 AL”型的铝板。在铜板材选择上，国内外一般采用 “C11000” 型的纯铜板材，选择它充当金属基材，对于解决高功率模块散热问题是有效的。当前生产金属基板的厂家很多都是在金属铝底基材表面两侧，进行阳极氧化处理。处理层一般为20μm左右。 绝缘层 绝缘层配方及工艺是金属基板最核心的技术。目前国际上技术领先的铝基板绝缘层都是由高导热、高绝缘的陶瓷粉 末填充而成的聚合物（主要是环氧树脂）所构成，这样的绝缘层具有优异的热传导性能（导热系数1.3～2.2W/m-K），很高的绝缘强度，良好的粘结性能。金属基板热传导性能越好，越有利于器件运行时所产生热量的扩散，也就越有利于降低器件的运行温度，从而达到提高模块的功率负荷，减小体积，延长寿命，提高功率输出等目的。需要提及的是，目前国内的铝基板，因自身的技术、设备、材料和资金等各方面因素的制约，其绝缘层均使用了商品化的FR-4半固化片（导热系数仅为0.3W/m-K），该绝缘层之中没有添加任何的导热填料，因此，这种铝基板的绝缘层不具备热传导性，也不具备高强度的电气绝缘性能。金属基板的绝缘层除具有一般覆铜板所具有的技术要求之外，还需要满足下列技术要求。① 高耐热性，即要求绝缘介质层所选用的树脂体系必须要有较高的Tg。② 高散热性，金属基覆铜板最优异的性能就是散热性，因此要求绝缘介质层具有良好的散热性。③ 优异的尺寸稳定性。④ 绝缘介质层要具 有良好的强度及柔韧性。⑤ 耐离子迁移性。⑥ 具有高的击穿强度。金属基板的绝缘层由树脂（改性环氧树脂、改性PI、BT树脂、导热树脂）、增强材料（玻璃纤维布、玻璃纤维纸、有机纤维、Al2O3纤维）、填料（导热性填料）、固化剂、促进剂等以不同的方式组合而成，以满足各种不同类型的金属基板的要求。绝缘介质层的厚度根据要求及用途的不同，一般控制在30～300 μm。特殊情况下，绝缘介质层厚度可达1～1 .5 mm。由于金属基板采用的树脂体系和增强材料不同，而使基板的性能不同。对于高热传导性的铝基板，由于在其绝缘介质层中加入了导热填料，使绝缘介质层的热传导性有很大的提高。它的热传导性是一般环氧玻璃布板的15倍左右，是通用型铝基板的5倍左右。如在绝缘介质层中加入高导热性或超导热性的填料，或用导热树脂体系加上高导热性的填料，那么，金 属基覆铜板的热传导性将会大大提高。高导热性的填料的选择，是金属基板绝缘介质层组成设计中的重要部分.根据金属基覆铜板所用金属层的制备方式的不同，其金属基板的结构也有所不同。可根据结构组成的差异分为两类品种：一类是由绝缘树脂膜形成绝缘层的金属基板；另一类是传统CCL生产方式的半固化片作为绝缘层的金属基板，如采用环氧-玻璃布基(FR一4)的半固化片。目前金属基板 发展的趋势是采用前一类。由绝缘膜形成绝缘层的金属基板的基板材料制备，有两种：① 将选用的树脂通过喷淋、刮涂、刷涂或漏印等方法涂覆于处理好的金属板材的表面，制成半固化态的涂胶膜，再通过与铜箔叠合后，经高温压合形成金属基板。② 将所用的树脂体系首先制成半固化态的绝缘介质胶膜，再通过与铜箔叠合后，经高温压合形成金属基板。 导电层 导电层一般为铜箔材料。铜箔粗化面是经过化学氧化处理过的，表面镀锌和镀黄铜，目的是增加抗剥强度。铝基覆铜箔板通常以35μm（ 1盎司）厚的电解铜箔为主。也有采用9μm, 18μm, 70μm厚的铜箔。我公司提供的金属基板使用的是电解铜箔，铜厚有1、2、3、4、6盎司五种。从制作精细线条考虑，板的铜箔越薄越好。从功率模块等的大电流化和高效率化两方面考虑，铜箔厚一些更好，在装配有功率模块、整流电源元器件的金属铝基板的基板材料中，有的厂家选用了105-300μm厚铜箔。 金属基板的性能 总述 在下表中，对金属基板、常规PCB（FR-4基）、陶瓷基板在各种主要性能上作了对比。可以看出金属基板在散热性、机械加工性、基板大型化、电磁屏蔽性方面表现优异。而在高频性方面是差的。这是因为它的一般电路容量很大约0.7PF/mm2)。若将金属基板的绝缘层增厚6倍(约 0.29mm)，电路容量还在0.17PF/mm2。因此直接采用它作为高频电路用PCB基板，是不适宜的。另外，单独采用金属基板实现多层线路板的制作方面也是差的。但目前利用金属基板做两层或多层板的底基材，在它的上面覆有环氧玻璃布半固化片制成两层板，甚至是多层板，也可达到很好的效果。这也是金属基板今后发展方向之一。 金属基板与常规PCB、陶瓷基板在特性上的对比 散热性 随着电子信息产业的飞速发展，电子产品的体积尺寸越来越小，功率密度越来越大，解决散热问题是对电子工业设计的一个巨大的挑战。金属基板的散热性优异，这是此类板材最突出的特点。它无疑是解决散热问题的有效手段之一。与传统的FR-4相比，金属铝基板能够将热阻降至最低，使基板具有极好的热传导性能。在电子元器件装联中采用金属基板，可防止在PCB上装载的元器件及基板的工作温度上升。也可将电源、动放元件;大功率元器件、大电流开关元器件产生的热量得到迅速地散发。与传统的FR-4基PCB相比，金属铝基板能够承载更高的电流（见图。这是因为铜箔线路所产生的I 2R的热损耗能被金属基板更快扩散出去。由下图也可以看出，由于金属基板的散热性高，大大提高了铜导线的熔断电流。
铜箔线宽与电流承载能力的关系 金属基覆铜板的散热性，主要取决于金属基材的金属种类，但也与它的绝缘层厚度、热传导性等有关。为了提高金属基覆铜板的热传导性，需在绝缘层中加人导热型填料。绝缘层越薄，金属基板的热传导性越高，但绝缘层越薄，板材的耐压性能就越低。因此用户在选择金属基覆铜板时， 要对板材的热传导性能、耐电压性能、绝缘性能等综合考虑。绝缘层是铝基板的核心的技术，目前国际上领先的铝基板绝缘层均由 高导热、高绝缘的陶瓷粉末填充而成的聚合物（主要是环氧树脂）所构成，这样的绝缘层具有很低的热阻，很高的绝缘强度，良好的粘弹性，能够吸收器件焊接和运行时所产生的机械及热应力。当绝缘层的导热系数高至一定程度，绝缘层厚度不同而带来的热阻的 差异就很小。因此，一味的追求绝缘层极高的导热系数（8W/m-K以上），并没有实际意义。出现这种现象的原因是：铝基板绝缘层分别与铜箔和铝板粘接，这两个极薄的接触界面完全由环氧树脂（无导热填料）所构成，其厚度并不随绝缘层厚度的不同而改变，也不随绝缘层导热系数的不同而改变。这两层接触界面的热阻起主要作用。铜箔的厚度影响金属基板的热传导能力，增加铜箔厚度，能够提高金属基板的热传导能力。 良好的机械加工性能 金属基覆铜板具有高机械强度和韧性，此点大大优于刚性树脂类覆铜板和陶瓷基板。为此可在金属基板上实现大面积的印制板的制造。重量较大的元器件可在此类基板上安装。另外金属基板还具有良好的平整度。可在基板上进行敲锤、铆接等方面的组装加工。在其制成的PCB上，非布线部分也可以进行折曲、扭曲等方面的机械加工。优异 的尺寸稳定性 对于各种覆铜板来说都存在着热膨胀（尺寸稳定性）问题，特别是板的厚度方向（Z轴）的热膨胀，使金属化孔，线路的质量受到影响。其主 要原因是板材的线膨胀系数有差异，如铜的线膨胀为17×10-6/℃，而环氧玻纤布基板的线膨胀系数为（110～140）×10-6/℃。两者相差很大，易造成基板受热膨胀变化的差异，致使铜线路和金属化孔断裂或遭到破坏。而铁、铝基板的线膨胀系数分别为40×10-6/℃，50×1010-6/℃。它比一般的树脂类基板小得多，而更接近于铜的线膨胀系数，这样有利于保证印制电路的质量和可靠性。 电磁屏蔽性 为了保证电子电路的性能，电子产品中的一些元器件需防止电磁波的辐射、干扰，金属基板可充当屏蔽板起到屏蔽电磁波的作用。 电磁特性 铁基覆铜板的基板材料是具有磁性能的铁系元素的合金（如矽钢板、低碳钢、镀锌冷轧钢板等）构成，利用它的这一特性将其应用于磁带录音机（VTR）、软盘驱动器（FDD）、伺服电机等小型精密电机上。此种金属基覆铜板既起着PCB的作用，又起小型电机定子基板之功能。
产品原理
高导热金属基板说明 优势 材料组成说明 无溶剂制程说明 优点 金属基板的制造工艺 金属基板的表面处理，是通过对金属基板的表面进行化学及电化学处理，使之具有一定的粗糙度，并在其表面无成一定厚度的高绝缘性的化学转化膜。使该树脂膜层具有高电阻、耐击穿电压等性能。  涂胶根据胶液的粘度、固体含量和对胶层厚度的要求，用塞尺严格控制刮胶辊的间隙，确保左、中、右一致。对于常用的35μm铜箔，胶层厚度控制为110 μm～120μm较好。胶层太薄时，胶粘剂不能很好的浸润铝板和铜箔粗化面，会导致击穿电压下降。而胶层过厚，因流动性过大而导致铜箔外观凸凹不平。另外对于铜箔和铝板来说，其粗糙度较大，容易被浸润，所以胶层不必太厚。为保证产品质量及实验的可操作性，胶层厚度控制在120μm±10μm 为宜。基板，其制造过程如图 金属基板的热压成型 金属基覆铜板通常是用0.3～5 mm的金属基板、绝缘介质层、铜箔经高温高压复合而成。在热压成型过程中要控制好下列工艺参数： ① 根据树脂体系及绝缘介质的不同选择合适的接触压力及初压； ② 成型温度； ③成型压力： ④成型时间； ⑤升温速率； ⑥排气的次数、时间及时机的选择。 在上述工艺参数中，特别要控制好后两个工艺参数，后两者对板材的耐热性、耐浸焊性影响很大。金属基板电路图形的制作在金属基覆铜板上进行电路图形的制作基本上是与常规刚性PCB的制造工艺过程相同。但它也有一些特殊点。我司在制造金属基板的电路图形中，积累了一些工艺实施的经验，总结如下几点：我司在制造铜厚为4.51盎司（140μm）的金属铝基板中，所遇到的以下难点： （1）工程设计线宽补偿：因为铜厚，线宽要作一定补偿，否则蚀刻后线宽超差，客户是不接收的，线宽补偿值要经验积累。 （2）印阻焊的均匀性：因为图形蚀刻后线路铜厚超常规，印阻焊是很困难的，跳印、过厚过薄客户都不接受。如何印好这一层绿油也是难点之一。 （3）蚀刻：蚀刻后线宽必须符合客户图纸要求。残铜是不允许的，也不能动刀子刮去，动刀子会刮伤绝缘层，引起耐压测试起火花、漏电。 （4）机械加工：铝基板钻孔可以，但钻后孔内孔边不允许有任何毛刺，这会影响耐压测试。铣外形是十分困难的。而冲外形，需要使用高级模具，模具制作很有技巧，这也是作铝基板的难点之一。外形冲后，边缘要求非常整齐，无任何毛刺，不碰伤板边的阻焊层。通常使用操兵模，孔从线路冲，外形从铝面冲，线路板冲制时受力是上剪下拉，等等都是技巧。冲外形后，板子翘曲度应小于0.5%。 （5）整个生产流程不许擦花铝基面：铝基面经手触摸，或经某种化学药品都会产生表面变色、发黑，这都是绝对不可接收的，重新打磨铝基面客户有的也不接收，所以全流程不碰伤、不触及铝基面是生产铝基板的难点之一。有的企业采用钝化工艺，有的在热风整平（喷锡）前后各贴上保护膜……小技巧很多，八仙过海，各显神通。 （6）过高压测试：通信电源铝基板要求100%高压测试，有的客户要求直流电，有的要求交流电，电压要求1500V、1600V，时间为5秒、10秒，100%印制板作测试。板面上脏物、孔和铝基边缘毛刺、线路锯齿、碰伤任何一丁点绝缘层都会导致耐高压测试起火、漏电、击穿。耐压测试板子分层、起泡，均拒收。 █ 導熱金屬基板(IMS) 欣聯鈦電子提供各種類型的，金屬基、銅箔，以及介電介質的組合，以滿足大多數的單層導熱印刷線路板的設計需求。
圖示 1. 基板結構
表 1. 標準規格
█ TCB產品型號定義
█ 基本參數 表 2. 基本參數
█ 導熱核(TCC) 導熱核（TCC）是一種覆銅板，它具有高導熱與可靠性的優點。TCC適用于多層或薄型印刷線路板。TCC是一種三明治結構，它包括上層銅箔層、導熱介質層，與下層銅箔層。
圖示 導熱核基板結構
表 TCC標準規格
█ 導熱半固化片(TCP) 導熱半固化片(TCP)具有高導熱與可靠性的優勢。這種半成品材料適用于單層與多層導熱印刷線路板應用。TCP是一種三明治結構，它包括上層隔離膜、半固化片、下層隔離膜。
圖示 TCP基板結構
表 TCP標準規格
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来自： 赫堇轩 > 《金属材料与非金属》
尽管金属基板在LED封装广泛只有很短历史，由于它的散热性、加工性等好于一般的陶瓷基板，它已经目前一般LED封装用的主流基板。并在LED封装方面的应用量，已超过其它上述的应用领域需求量。可以讲，LED产业的形成和发展造就了金属基板行业的壮大发展。金属基板的品种分类
