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铜基板和铝基板的区别在哪?

2025
06/25
本篇文章来自
捷多邦

在电力电子和PCB设计中,基板材料的选择直接影响散热性能和可靠性。铜基板和铝基板是两种常见的金属基板,我们通常认为它们的核心区别在于导热能力和成本平衡。实践中发现,选择哪种材料往往取决于具体的应用场景和设计取舍。

 

铜基板的导热系数高达约398 W/(m·K),远超铝基板的约200 W/(m·K)。这意味着铜基板能更高效地将芯片产生的热量传导出去,降低热阻。热阻(thermal resistance)是衡量热量传导难易程度的关键参数,铜基板更低的热阻使其在需要极致散热的场景下表现更优,比如高功率密度模块。但需注意,铜的CTE(热膨胀系数,约17 ppm/℃)与硅芯片(约3 ppm/℃)的差异,虽然比铝(约24 ppm/℃)小,但直接贴合仍可能产生较大应力。通常我们认为,铜基板需要更精细的界面处理,比如使用更厚的绝缘层或特殊填料,以缓解热循环带来的疲劳问题。

 

铝基板则是在成本和性能间做了更优的平衡。其导热性能虽不及铜,但已能满足大多数功率器件的需求。更重要的是,铝的加工成本显著低于铜,这使得铝基板在成本敏感型产品中占据主导。铝的CTE与硅的差异相对较大,这可能导致在严苛的温度循环下,焊点或芯片更容易出现疲劳失效。实践中发现,铝基板在多层板制造和精细线路加工上相对铜基板更具挑战,这也是一个常见的限制条件。

 

典型场景分析方面,高频大功率开关电源、激光驱动器等对散热要求苛刻且空间有限的场合,我们倾向于选用铜基板,哪怕成本更高。而对于普通功率模块、LED照明等,铝基板往往是更经济实用的选择。需注意,选择时不能只看导热系数,基板的总热阻还涉及绝缘层厚度和材料、铜箔厚度等多个因素。我们踩过的坑之一,就是单纯追求高导热系数而忽略了绝缘层的导热性能,导致实际散热效果不理想。

 

常见误区包括认为铜基板一定比铝基板好,或者忽视CTE匹配问题。成本代价方面,铜基板材料费和加工费都更高,而铝基板可能在后续可靠性测试或返修上投入更多。限制条件如铝基板在极端温度下的长期可靠性,也需要在设计阶段评估。

 

总的来说,选材是权衡的艺术。关键在于明确你的散热瓶颈、成本预算和可靠性要求,再结合具体器件的封装和应力分析来做决定。

 

 

 


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