一、為何選用金屬基板

隨著功率器件與高密度LED模組在工業(yè)、汽車、照明領(lǐng)域的普及，F(xiàn)R-4 已難以滿足散熱、熱循環(huán)壽命與機械強度的綜合需求。金屬基板（Metal Core PCB，MCPCB）以鋁或銅作為核心載體，導熱系數(shù)可達 1.0–3.0 W/(m·K)，是普通 FR-4 的 5–10 倍，能夠?qū)崃靠焖贆M向擴散，再通過散熱器縱向?qū)С?，延長器件壽命并降低光衰。

二、金屬基板的三層結(jié)構(gòu)

1. 銅箔線路層：常規(guī) 35 µm 或 70 µm，需與介質(zhì)層保持可靠結(jié)合力。

2. 絕緣介質(zhì)層：厚度 50–150 µm，兼顧擊穿電壓（>2 kV）與導熱率（1–3 W/(m·K)）。

3. 金屬基層：鋁（1.0–2.0 mm）兼顧重量與成本；銅（0.5–1.0 mm）用于更高導熱或電磁屏蔽場合。

三、設計階段的注意點

1. 熱路徑規(guī)劃：功率器件下方禁止走線，直接開窗至金屬基層，減少熱阻。

2. 拼板強度：鋁基板較脆，V-cut 深度需控制在金屬層 1/3 以內(nèi)，拼板間加 3 mm 工藝邊并布設雙定位孔。

3. 焊盤補償：銅箔與鋁基熱膨脹系數(shù)差異大，焊盤外擴 0.05–0.10 mm，可減少回流后銅箔起翹。

四、SMT 制程關(guān)鍵參數(shù)

1. 預熱斜率：≤ 2 °C/s，避免介質(zhì)層分層。

2. 峰值溫度：235–245 °C（Sn–Ag–Cu 無鉛體系），比 FR-4 低 5–10 °C，防止鋁基層氧化膜增厚。

3. 回流時間：液相線以上 40–60 s，過長易導致介質(zhì)層脆化。

4. 氮氣回流：氧含量 < 1000 ppm，降低鋁面氧化，提升焊料潤濕。

五、印刷與貼片中的細節(jié)控制

1. 鋼網(wǎng)開口：功率器件焊盤采用“田”字分割，減少空洞率；開口面積比 ≥ 0.66。

2. 錫膏選型：Type-4 無鹵 Sn96.5/Ag3/Cu0.5，金屬含量 88–90 %，防止熱沉后焊料塌陷。

3. 貼片壓力：降低 20–30 %，避免壓裂介質(zhì)層；需使用彈性吸嘴或分段壓力模式。

4. 支撐治具：鋁基板翹曲≥0.5 % 時必須使用真空吸附治具，回流爐入口加裝壓片輪，防止卡板。

六、常見失效模式與根因

1. 介質(zhì)層分層：預熱過快或峰值溫度過高。

2. 銅箔起泡：板材含水率 > 0.15 %，需 125 °C/2 h 預烘。

3. 焊盤剝離：熱沖擊后銅箔與介質(zhì)結(jié)合力下降，可通過等離子清洗提升表面能。

4. 金屬基層變形：治具溫差 > 3 °C 導致局部熱膨脹不均，需分區(qū)溫控。

七、檢測與可靠性驗證

1. 空洞率：X-ray 抽檢，功率器件焊點空洞 ≤ 20 %。

2. 剝離強度：銅箔與介質(zhì) ≥ 1.2 N/mm（IPC-TM-650 2.4.8）。

3. 熱循環(huán)：-40 °C↔125 °C，500 cycles 后阻值漂移 ≤ 10 %。

4. 高壓測試：1500 V AC/60 s，漏電流 ≤ 1 mA。

八、總結(jié)

金屬基板并非簡單替換 FR-4，而是一次“散熱-機械-電性能”綜合再設計。從板材選型、熱仿真、鋼網(wǎng)開口，到回流曲線與治具支撐，每一步都要圍繞“低熱阻、低應力、高可靠”展開。1943科技在批量生產(chǎn)中總結(jié)出：只要在前端設計階段把熱路徑與拼板強度鎖定，后端嚴格控溫、控濕、控壓，就能把金屬基板的失效率壓到 <50 ppm，為高功率、長壽命電子產(chǎn)品提供扎實底座。