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初次选铜基板,这几个误区别踩

2025
06/25
本篇文章来自
捷多邦

初次接触铜基板设计时,很容易陷入一些常见的误区。作为一线工程师,我们怎么用、怎么选,以及踩过什么坑,这些经验值得分享,希望能帮大家少走弯路。

 

第一个误区,是过度迷信铜基板的导热系数。铜的导热系数确实很高,约398 W/(m·K),这意味着它能快速传递热量。但需注意,基板的总热阻(thermal resistance)并不仅仅取决于金属层,绝缘层(通常是环氧树脂类材料,导热系数约0.3-2 W/(m·K))的厚度和材料特性,以及铜箔的厚度,都至关重要。实践中发现,很多时候散热瓶颈恰恰在绝缘层。我们踩过的坑,就是只看金属层导热系数,忽略了绝缘层带来的巨大热阻,导致实际温升远超预期。通常我们认为,评估散热效果,要看从芯片结温到环境温的总热阻,而不仅仅是金属层的参数。

 

第二个误区,是忽视铜与芯片的CTE(热膨胀系数,Coefficient of Thermal Expansion)失配问题。铜的CTE约为17 ppm/,而硅芯片大约是3 ppm/。这个差异在温度循环下会产生巨大的剪切应力,可能导致芯片开裂或焊点疲劳。通常我们认为,铜基板更适合那些本身对热应力不敏感,或者有专门散热焊盘设计的器件。对于小封装、高应力敏感的芯片,直接焊接到铜基板上风险很高。实践中发现,即使加了绝缘层,应力也难以完全消除。需注意,选择铜基板时,必须仔细评估器件的封装类型和应力承受能力,或者考虑增加额外的机械固定措施。

 

第三个误区,是低估了铜基板的成本代价和加工难度。铜的价格远高于铝,这使得铜基板材料成本显著增加。同时,铜更难加工,钻孔、电镀、蚀刻等工艺难度和成本都更高。实践中发现,很多PCB厂对厚铜或铜基板的加工能力有限,或者需要更长的制板周期。需注意,这不仅仅是材料费的问题,还涉及到供应链和制造周期。对于量产项目,成本和供货稳定性是必须考虑的限制条件。

 

典型场景分析,比如设计一个高功率密度的DC-DC转换模块,如果发热量极大且空间受限,选用铜基板可能是必要的。但需注意潜在问题,比如需要更严格的器件选型(耐高温、耐应力)和工艺控制(如采用低温烧结陶瓷绝缘层以改善CTE匹配和导热)。成本代价在这里体现为更高的物料成本和可能更长的开发周期。

 

常见误区还包括认为铜基板一定比传统FR-4基板好,或者没有考虑好如何将基板与外部散热器连接。通常我们认为,铜基板是解决特定散热难题的工具,而不是万能板。

 

总之,初次选用铜基板,务必全面评估技术参数(不仅是导热系数,还有热阻、CTE匹配)、成本、加工可行性以及器件本身的特性。多做仿真验证,小批量试制时密切监控关键器件的温度和可靠性表现。

 

 


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