铝基板PCB设计规则：从叠层结构到加工工艺的核心要点

    铝基板作为一种高导热金属基 PCB，被广泛应用于 LED 照明、电源模块、汽车灯等大功率领域。相比于普通 FR-4 PCB，铝基板的设计和加工有其独特的规则和要求。很多工程师在设计铝基板时，会照搬 FR-4 的设计经验，导致生产出来的铝基板出现导热不良、剥离强度低、加工变形等问题。今天我们就从铝基板的叠层结构、设计要点、加工工艺三个方面，详细讲解铝基板 PCB 的设计规则。

 

    首先，我们要了解铝基板的叠层结构。铝基板的典型结构分为三层：线路层、绝缘导热层、金属基层。线路层通常是铜箔，厚度一般为 1oz 或 2oz，用于布置电路；绝缘导热层是铝基板的核心，它既要保证电气绝缘，又要具备良好的导热性能，常见的材料有环氧树脂、聚酰亚胺，导热率一般在 1-3W/(m?K)；金属基层是铝板，厚度通常为 0.5mm-3mm，用于散热，铝板的材质多为铝合金，因为铝合金的导热率高、重量轻、加工性能好。

 

 

    其次，铝基板的设计要点是保证散热和可靠性的关键。第一，线路层设计要合理。电源线和地线要尽量加宽，比如 LED 铝基板的电源线宽度建议不小于 1mm，这样既能降低电阻，又能增加散热面积。发热元件的焊盘要足够大，并且与敷铜区域连接，形成 “导热区”。第二，绝缘导热层的选择要匹配应用场景。如果是高温环境下的应用，比如汽车发动机舱内的 PCB，要选择耐高温的绝缘导热材料，避免绝缘层老化失效。第三，金属基层的设计要考虑散热和加工。金属基层的厚度要根据功率大小选择，功率越大，铝板厚度越厚。同时，金属基层可以设计散热鳍片，增大散热面积，但要注意鳍片的间距，避免影响加工。第四，过孔设计要注意。铝基板的过孔分为金属化过孔和非金属化过孔，金属化过孔用于电气连接，非金属化过孔用于散热。过孔的直径要根据板厚选择，一般来说，过孔直径 = 板厚 + 0.2mm。需要注意的是，铝基板的过孔加工难度比 FR-4 大，容易出现毛刺、孔壁粗糙等问题，因此过孔的最小直径建议不小于 0.3mm。

 

    然后，铝基板的加工工艺有其特殊要求，这也是保证铝基板品质的重要环节。第一，下料和开料。铝基板的开料要使用专用的切割机，避免铝板变形。开料后的铝基板要进行倒角处理，防止边缘毛刺划伤绝缘层。第二，钻孔。铝基板的钻孔要使用硬质合金钻头，钻孔速度要比 FR-4 慢，避免钻头磨损过快，同时要注意排屑，防止铝屑残留导致短路。第三，蚀刻。线路层的蚀刻要控制好蚀刻时间和温度，避免蚀刻过度导致线路变细，或者蚀刻不足导致线路短路。第四，绝缘导热层的压合。压合是铝基板加工的核心工序，要控制好压合温度、压力和时间，确保绝缘导热层与线路层、金属基层紧密结合，提高剥离强度。第五，表面处理。铝基板的表面处理通常采用喷锡或沉金，喷锡成本低、焊接性能好，沉金耐腐蚀性强、平整度高，适合高精度焊接。需要注意的是，铝基板的表面处理要避免高温，防止绝缘层老化。

 

    最后，铝基板的设计还要考虑一些细节问题。第一，阻焊层设计。阻焊层要覆盖除焊盘和测试点以外的区域，避免线路氧化。阻焊层的颜色建议选择浅色，比如白色，因为浅色的阻焊层反射率高，有利于 LED 照明的光效提升。第二，丝印层设计。丝印层的文字和图形要清晰，元件位号要与实际元件匹配，方便焊接和维修。第三，加工公差的控制。铝基板的加工公差要比 FR-4 严格，比如尺寸公差一般为 ±0.1mm，孔径公差为 ±0.05mm，这样才能保证装配精度。

 

    铝基板的设计和加工是一个系统工程，只有遵循这些核心规则，才能生产出高品质的铝基板 PCB。