更容易散熱的PCB——鋁基板

發布時間:2020-08-24
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一、什么是鋁基板

        PCB就是印制線路板(printedcircuit board),也叫印刷電路板。

鋁基板是PCB的一種:

 鋁基板是一種具有良好散熱功能的金屬基覆銅板,一般單面板由三層結構所組成,分別是電路層(銅箔)、絕緣層和金屬基層。用于高端使用的也有設計為雙面板,結構為電路層、絕緣層、鋁基、絕緣層、電路層。極少數應用為多層板,可以由普通的多層板與絕緣層、鋁基貼合而成。

單面鋁基板:就是只有一層導電圖形層與絕緣材料加鋁板(基板)。

 

雙面線路鋁基板:有兩層導電圖形層與絕緣材料加鋁板(基板)疊加在一起。

多層印刷鋁基線路板:由三層及以上的導電圖形層與絕緣材料加鋁板(基板)交替層壓粘結在一起制成的印刷電路板。  

 

按表面處理方式來劃分:

沉金板    (化學薄金 化學厚金 選擇性沉金)

電金板    (全板電金     金手指  選擇性電金)

噴錫板

熔錫板

沉錫板

沉銀板

電銀板

沉鈀板

 

二、鋁基板工作原理

  功率器件表面貼裝在電路層,器件運行時所產生的熱量通過絕緣層快速傳導到金屬基層,然后由金屬基層將熱量傳遞出去,從而實現對器件的散熱(請見圖2)。

  與傳統的FR-4比,鋁基板能夠將熱阻降至最低,使鋁基板具有極好的熱傳導性能;與厚膜陶瓷電路相比,它的機械性能又極為優良。

  此外,鋁基板還有如下獨特的優勢:

  符合RoHs要求;

  更適應于SMT工藝;

  在電路設計方案中對熱擴散進行極為有效的處理,從而降低模塊運行溫度,延長使用壽命,提高功率密度和可靠性;

  減少散熱器和其它硬件(包括熱界面材料)的裝配,縮小產品體積,降低硬件及裝配成本;將功率電路和控制電路最優化組合;

  取代易碎的陶瓷基板,獲得更好的機械耐久力。

  三、鋁基板的構成

  1.線路層

  線路層(一般采用電解銅箔)經過蝕刻形成印制電路,用于實現器件的裝配和連接。與傳統的FR-4相比,采用相同的厚度,相同的線寬,鋁基板能夠承載更高的電流。

  2.絕緣層

  絕緣層是鋁基板最核心的技術,主要起到粘接,絕緣和導熱的功能。鋁基板絕緣層是功率模塊結構中最大的導熱屏障。絕緣層熱傳導性能越好,越有利于器件運行時所產生熱量的擴散,也就越有利于降低器件的運行溫度,從而達到提高模塊的功率負荷,減小體積,延長壽命,提高功率輸出等目的。

  3.金屬基層

  絕緣金屬基板采用何種金屬,需要取決于金屬基板的熱膨脹系數,熱傳導能力,強度,硬度,重量,表面狀態和成本等條件的綜合考慮。

        四、鋁基板性能

一、散熱性

目前,很多雙面板、多層板密度高、功率大,熱量散發難。常規的印制板基材如FR4、CEM3都是熱的不良導體,層間絕緣,熱量散發不出去。電子設備局部發熱不排除,導致電子元器件高溫失效,而鋁基板可解決這一散熱難題。

二、熱膨脹性

熱脹冷縮是物質的共同本性,不同物質的熱膨脹系數是不同的。鋁基印制板可有效地解決散熱問題,從而使印制板上的元器件不同物質的熱脹冷縮問題緩解,提高了整機和電子設備的耐用性和可靠性。特別是解決SMT(表面貼裝技術)熱脹冷縮問題。

三、尺寸穩定性

鋁基印制板,顯然尺寸要比絕緣材料的印制板穩定得多。鋁基印制板、鋁夾芯板,從30℃加熱至140~150℃,尺寸變化為2.5~3.0%.

四、其它原因

鋁基印制板,具有屏蔽作用;替代脆性陶瓷基材;放心使用表面安裝技術;減少印制板真正有效的面積;取代了散熱器等元器件,改善產品耐熱和物理性能;減少生產成本和勞力。

 五、鋁基板制作工藝流程

 

 

一)開料

  1、開料的流程

來料→開料→焗板

來料:由導熱材料或半固化片與銅箔壓合在鋁板上而成用於鋁基PCB制作的原材料,又稱鋁基覆銅板。

開料:開料就是將一張大料根據不同拼板要求用機器切成小料的過程。開料后的板邊尖銳,容易劃傷手,同時使板與板之間擦花,所以開料后再用磨邊機磨邊。

焗板(烤板):

1.焗板目的:

①.消除板料在制作時產生的內應力。        

   提高材料的尺寸穩定性.

②.去除板料在儲存時吸收的水份,                                 

   增加材料的可靠性。

2.焗板條件:

    150℃焗板4小時,疊板厚度通常50厘

米一疊

  2、開料的目的

  將大尺寸的來料剪切成生產所需要的尺寸

  3、開料注意事項

 ?、匍_料首件核對首件尺寸

 ?、谧⒁怃X面刮花和銅面刮花

 ?、圩⒁獍暹叿謱雍团h

二)干/濕膜成像

        濕膜(又稱感光線路油)、感光干膜它們都是一種感光材料,該材料遇到紫外光后發生聚合反應,形成較為穩定的影像,不會在弱堿下溶解,而未感光部分遇弱堿溶解。

  1、干/濕膜成像流程

  磨板——貼膜——曝光——顯影

  2、干/濕膜成像目的

  在板料上呈現出制作線路所需要的部分

  3、干/濕膜成像注意事項

 ?、贆z查顯影后線路是否有開路

 ?、陲@影對位是否有偏差,防止干膜碎的產生

 ?、圩⒁獍迕娌粱ㄔ斐傻木€路不良

 ?、芷毓鈺r不能有空氣殘留防止曝光不良

 ?、萜毓夂笠o止15分鐘以上再做顯影

 

曝光:

曝光的作用是曝光機的紫外線通過底片使菲林上部分圖形感光,從而使圖形轉移到銅板上。

顯影:

顯影的作用:

是將未曝光部分的干菲林去掉,留下感光的部分。

顯影的原理:

未曝光部分的感光材料沒有發生聚合反應,遇弱堿Na2CO3(0.8-1.2%)溶解。而聚合的感光材料則留在板面上,保護下面的銅面不被蝕刻藥水溶解。

 

三)酸性/堿性蝕刻

 

  1、酸性/堿性蝕刻流程

  蝕刻——退膜——烘干——檢板

  2、酸性/堿性蝕刻目的

  將干/濕膜成像后保留需要的線路部分,除去線路以外多余的部分

  3、酸性/堿性蝕刻注意事項

 ?、僮⒁馕g刻不凈,蝕刻過度

 ?、谧⒁饩€寬和線細

 ?、坫~面不允許有氧化,刮花現象

 ?、芡烁赡ひ烁蓛?/p>

蝕刻的作用:

      是將未曝光部分的銅面蝕刻掉。

 

)褪膜

 

是通過較高濃度的NaOH(3-5%)將保護線路銅面的菲林去掉,NaOH溶液的濃度不能太高,否則容易氧化板面。

 

 

五)AOI工序

該機器原理是利用銅面的反射作用使板上的圖形可以被AOI機掃描后記錄在軟件中,并通過與客戶提供的數據圖形資料進行比較來檢查缺陷點的一種機器,如開路、短路、曝光不良等缺陷都可以通過AOI機檢查到。

 

六)棕化

棕化工序的作用就是粗化銅表面,增大結合面積,增加表面結合力。

七)壓板

工藝簡介:壓板就是用半固化片將外層銅箔與內層,以及各內層與內層之間連結成為一個整體,成為多層板。

 

工藝原理:利用半固化片的特性,在一定溫度下融化,成為液態填充圖形空間處,形成絕緣層,然后進一步加熱后逐步固化,形成穩定的絕緣材料,同時將各線路各層連接成一個整體的多層板。

 

什么是半固化片(PP)?

Prepreg是Pre-pregnant的英文縮寫。是樹脂與玻璃纖維載體合成的一種片狀粘結材料。

樹脂—通常是高分子聚合物,一種熱固型材料。目前常用的為環氧樹脂FR-4。

 

外層前工序

 

八)鉆孔

  1、鉆孔的流程

  打銷釘——鉆孔——檢板

  2、鉆孔的目的

  對板材進行定位鉆孔對后續制作流程和客戶組裝提供輔助

  3、鉆孔的注意事項

 ?、俸藢︺@孔的數量、空的大小

 ?、诒苊獍辶系墓位?/p>

 ?、蹤z查鋁面的披鋒,孔位偏差

 ?、芗皶r檢查和更換鉆咀

 ?、葶@孔分兩階段,一鉆:開料后鉆孔為外圍工具孔;

  二鉆:阻焊后單元內工具孔

鋁基板鉆咀特點

① 鉆頭排屑空間大:排屑阻力小,排屑順暢,鉆孔發熱量小,減少鉆污;

② 超凡的切削刃鋒利度:由于采用了納米技術和先進的磨削工藝,鉆頭切削刃較以前更加鋒利,可減小切削力,降低斷鉆率,提高孔壁質量;

③ 基于客戶應用的刀具設計:鉆頭品種豐富,可滿足不同的應用需求。鉆頭所有參數,如鉆芯厚,鉆芯錐度等,皆經精心設計,實效明顯;

④ 切削刃嚴格對稱:有利于高效切削,避免鉆孔偏移。

九)沉銅  全板電鍍

用化學的方法使鉆孔后的板材孔內沉積上一層導電的金屬,并用全板電鍍的方法使金屬層加厚,以此達到孔內金屬化的目的,并使線路借此導通

流程:

磨板→除膠渣→沉銅→全板電鍍→下工序

 

化學沉銅(Electroless  Copper Deposition),俗稱沉銅,它是一種自催化的化學氧化及還原反應,在化學鍍銅過程中Cu2+離子得到電子還原為金屬銅,還原劑放出電子,本身被氧化?;瘜W鍍銅在印刷板制造中被用作孔金屬化,來完成雙面板與多面板層間導線的聯通。

 

 

 

 

  五)絲印阻焊、字符

  1、絲印阻焊、字符流程

  絲印——預烤——曝光——顯影——字符

  2、絲印阻焊、字符的目的

 ?、俜篮福罕Wo不需要做焊錫的線路,阻止錫進入造成短路

 ?、谧址浩鸬綐耸咀饔?/p>

  3、絲印阻焊、字符的注意事項

 ?、僖獧z查板面是否存在垃圾或異物

 ?、跈z查網板的清潔度

 ?、劢z印后要預烤30分鐘以上,以避免線路見產生氣泡

 ?、茏⒁饨z印的厚度和均勻度

 ?、蓊A烤后板要完全冷卻,避免沾菲林或破壞油墨表面光澤度

 ?、揎@影時油墨面向下放置

        

  六)V-CUT,鑼板

  1、V-CUT,鑼板的流程

  V-CUT——鑼板——撕保護膜——除披鋒

  2、V-CUT,鑼板的目的

 ?、賄-CUT:將單PCS線路與整PNL的板材切割留有少部分相連方便包裝與取出使用

 ?、阼尠澹簩⒕€路板中多余的部分除去

  3、V-CUT,鑼板的注意事項

 ?、賄-CUT過程中要注意V的尺寸,邊緣的殘缺、毛刺

 ?、阼尠鍟r注意造成毛刺,鑼刀偏斜,及時的檢查和更換鑼刀

 ?、圩詈笤诔h時要避免板面劃傷

  七)測試,OSP

  1、測試,OSP流程

  線路測試——耐電壓測試——OSP

  2、測試,OSP的目的

 ?、倬€路測試:檢測已完成的線路是否正常工作

 ?、谀碗妷簻y試:檢測已完成線路是否能承受指定的電壓環境

 ?、跲SP:讓線路能更好的進行錫焊

  3、測試,OSP的注意事項

 ?、僭跍y試后如何區分后如何存放合格與不合格品

 ?、谧鐾闛SP后的擺放

 ?、郾苊饩€路的損傷

  八)FQC,FQA,包裝,出貨

  1、流程

  FQC——FQA——包裝——出貨

  2、目的

 ?、貴QC對產品進行全檢確認

 ?、贔QA抽檢核實

 ?、郯匆蟀b出貨給客戶

  六、PCB鋁基板用途

  1.音頻設備:輸入、輸出放大器、平衡放大器、音頻放大器、前置放大器、功率放大器等。

  2.電源設備:開關調節器`DC/AC轉換器`SW調整器等。

  3.通訊電子設備:高頻增幅器`濾波電器`發報電路。

  4.辦公自動化設備:電動機驅動器等。

  5.汽車:電子調節器`點火器`電源控制器等。

  6.計算機:CPU板`軟盤驅動器`電源裝置等。

  7.功率模塊:換流器`固體繼電器`整流電橋等。

  8.燈具燈飾:隨著節能燈的提倡推廣,應用于LED燈的鋁基板也開始大規模應用。

 
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