電子安裝中PCB的技術動向和課題（1）

蔡積慶 譯

（江蘇 南京 210018）

1 前言

最近由于電子元器件快速的小型化，薄型化和高功能化，增加了安裝元器件的數(shù)量或者元器件嵌入化的驚人發(fā)展而形成的高密度安裝。為了適應這些技術的發(fā)展要求，開發(fā)了PCB的新材料和許多制造設備的革新技術，各PCB制造商提出了許多實用化的PCB。本文就節(jié)能采用的PCB和移動電子設備采用的FPC工種基板的技術動向和今后的課題加以敘述。

2 散熱PCB的動向

為了適應環(huán)境和節(jié)能的需要，LED關聯(lián)產(chǎn)品，混合動力/電動汽車和太陽能電池等新能源正在加速普及和實用化。這些產(chǎn)品中使用的PCB要求散熱對策或者在大電流高電壓環(huán)境下使用的高可靠性。另外，隨著高度信息化社會的發(fā)展，傳輸手段的LSI的高集成，高速和高性能化以及激光二極管的高輸出功率化等半導體器件的性能都在加速提高。由這些半導體器件產(chǎn)生的熱能有效的散發(fā)是很重要的技術課題。解決上述課題的PCB可以使用散熱PCB。下面敘述散熱

PCB的用途，種類和散熱對策等。

2.1 散熱手法

散熱手法旨在擴散和散發(fā)所發(fā)生的熱量，可以使用散熱PCB（高導熱率PCB，低熱阻），散熱片和熱管以及由它們組合的高散熱化。

2.2 散熱PCB的種類

散熱PCB大致分為有機系散熱PCB和陶瓷系散熱PCB。有機系散熱PCB有：（1）金屬芯PCB；（2）金屬基PCB；（3）厚CuPCB。陶瓷系散熱PCB有氮化鋁（AlN）和氧化鋁（Al2O3）等。

2.2.1 有機系散熱PCB

有機系散熱PCB中，作為PCB的高散熱性手法可以使用：（1）厚的導體；（2）貼附和埋置高散熱基材（金屬板）；（3）高導熱率樹脂（絕緣層）；（4）薄的樹脂厚度等。

（1）金屬芯PCB

在PCB內(nèi)部埋置金屬板的PCB稱為金屬芯PCB，主要使用銅板為金屬板。銅板厚度有200 mm、250 mm和500 mm等數(shù)種。金屬芯PCB還有采取積層技術實現(xiàn)高功能化的PCB。圖1表示了金屬芯PCB，用作車載ECVPCB和大電流用PCB。

（2）金屬基PCB

在外層設置金屬板的單面PCB稱為金屬基PCB，金屬板使用Al或者Cu。表1和圖2表示了Al散熱PCB的基板規(guī)格和基板構(gòu)造。Al散熱PCB是由電路部分（銅箔層），絕緣樹脂層和金屬板構(gòu)造成的3層構(gòu)造單面PCB。絕緣層以環(huán)氧樹脂為基礎并含有旨在提高導熱率的氧化鋁（Al2O3）等的高導熱性填料。利用填料的種類，含量和形狀（粒型）等可以調(diào)整散熱特性（導熱率），PCB制造商已經(jīng)制造了各種導熱率規(guī)格（例如1 w/m·k，2 w/m·k，3w/m·k等）的金屬基PCB。用戶可以根據(jù)用途綜合考慮導熱率，絕緣性，耐電壓特性和價格等方面進行金屬基PCB的選擇?，F(xiàn)在已經(jīng)用作LED照明用PCB和液晶電視的背光（Backlight）用LEDPCB等。

（3）厚CuPCB（對應于大電流PCB）

電路導體厚度200 mm以上（或者100 mm以上）的PCB稱為厚CuPCB，可以適應于散熱和大電流的雙重需要。這種厚CuPCB對于高電壓或者大電流等負載大的設備的小型化作出了貢獻。另外由于熱熱性良好，還可以應用于要求維持接地功能的熱擴散功能的用途中。傳統(tǒng)的外附匯流條內(nèi)層化，容易控制EMI，可以抑制對周邊設備的噪聲干擾，正在使用的有電動汽車用電容電源用匯流條PCB，戶外大型LED顯示用控制PCB和電源用Al散熱功率PCB等。

表1 金屬基PCB（Al散熱PCB）基本規(guī)格

2.2.2 陶瓷系散熱PCB

陶瓷系散熱PCB有氮化鋁（AlN）和氧化鋁（Al2O3）等。AlN的導熱率為70 w/m·k ～ 270 w/m·k，Al2O3的導熱率為20 w/mk，由此可見AlN適用于高熱的散熱。與有機系散熱PCB比較，陶瓷系散熱PCB具有高導熱特性和接近于硅的低熱膨脹特性，用作通信的LD用散熱我PCB，用作照明和顯示的LED用散熱PCB，用作信息處理的CPU用散熱PCB和用作交通和產(chǎn)業(yè)設備的IGBT/GTO用散熱PCB等已經(jīng)商品化。

2.3 要求散熱的產(chǎn)品和用途

要求散熱（散熱PCB）的用途中，預計今后將會迅速增長的有車載關聯(lián)用途和LED關聯(lián)用途。

2.3.1 車載關聯(lián)領域

汽車用控制系統(tǒng)的趨勢是（1）系統(tǒng)化，（2）自動化的方向，尤其需要小型和高密度安裝技術。因為電動汽車中流過脈沖的300A程度的負載電流，所以需要適應大電流的安裝技術。為了小型高密度化安裝，需要高耐熱性PCB，為了大電流化，必須確保大電流線路，高密度安裝還需要箱體的散熱技術。已經(jīng)應用的有調(diào)節(jié)器，EPS，功率模組類，尾燈，車頭燈，IGBT和GTO用散熱PCB（混合動力汽車等汽車用電源PCB）和熱電元件用散熱PCB等。

（未完待續(xù)）