更容易散热的PCB——铝基板

发布时间:2020-08-24
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一、什么是铝基板

        PCB就是印制线路板(printedcircuit board),也叫印刷电路板。

铝基板是PCB的一种:

 铝基板是一种具有良好散热功能的金属基覆铜板,一般单面板由三层结构所组成,分别是电路层(铜箔)、绝缘层和金属基层。用于高端使用的也有设计为双面板,结构为电路层、绝缘层、铝基、绝缘层、电路层。极少数应用为多层板,可以由普通的多层板与绝缘层、铝基贴合而成。

单面铝基板:就是只有一层导电图形层与绝缘材料加铝板(基板)。

 

双面线路铝基板:有两层导电图形层与绝缘材料加铝板(基板)叠加在一起。

多层印刷铝基线路板:由三层及以上的导电图形层与绝缘材料加铝板(基板)交替层压粘结在一起制成的印刷电路板。  

 

按表面处理方式来划分:

沉金板    (化学薄金 化学厚金 选择性沉金)

电金板    (全板电金     金手指  选择性电金)

喷锡板

熔锡板

沉锡板

沉银板

电银板

沉钯板

 

二、铝基板工作原理

  功率器件表面贴装在电路层,器件运行时所产生的热量通过绝缘层快速传导到金属基层,然后由金属基层将热量传递出去,从而实现对器件的散热(请见图2)。

  与传统的FR-4比,铝基板能够将热阻降至最低,使铝基板具有极好的热传导性能;与厚膜陶瓷电路相比,它的机械性能又极为优良。

  此外,铝基板还有如下独特的优势:

  符合RoHs要求;

  更适应于SMT工艺;

  在电路设计方案中对热扩散进行极为有效的处理,从而降低模块运行温度,延长使用寿命,提高功率密度和可靠性;

  减少散热器和其它硬件(包括热界面材料)的装配,缩小产品体积,降低硬件及装配成本;将功率电路和控制电路最优化组合;

  取代易碎的陶瓷基板,获得更好的机械耐久力。

  三、铝基板的构成

  1.线路层

  线路层(一般采用电解铜箔)经过蚀刻形成印制电路,用于实现器件的装配和连接。与传统的FR-4相比,采用相同的厚度,相同的线宽,铝基板能够承载更高的电流。

  2.绝缘层

  绝缘层是铝基板最核心的技术,主要起到粘接,绝缘和导热的功能。铝基板绝缘层是功率模块结构中最大的导热屏障。绝缘层热传导性能越好,越有利于器件运行时所产生热量的扩散,也就越有利于降低器件的运行温度,从而达到提高模块的功率负荷,减小体积,延长寿命,提高功率输出等目的。

  3.金属基层

  绝缘金属基板采用何种金属,需要取决于金属基板的热膨胀系数,热传导能力,强度,硬度,重量,表面状态和成本等条件的综合考虑。

        四、铝基板性能

一、散热性

目前,很多双面板、多层板密度高、功率大,热量散发难。常规的印制板基材如FR4、CEM3都是热的不良导体,层间绝缘,热量散发不出去。电子设备局部发热不排除,导致电子元器件高温失效,而铝基板可解决这一散热难题。

二、热膨胀性

热胀冷缩是物质的共同本性,不同物质的热膨胀系数是不同的。铝基印制板可有效地解决散热问题,从而使印制板上的元器件不同物质的热胀冷缩问题缓解,提高了整机和电子设备的耐用性和可靠性。特别是解决SMT(表面贴装技术)热胀冷缩问题。

三、尺寸稳定性

铝基印制板,显然尺寸要比绝缘材料的印制板稳定得多。铝基印制板、铝夹芯板,从30℃加热至140~150℃,尺寸变化为2.5~3.0%.

四、其它原因

铝基印制板,具有屏蔽作用;替代脆性陶瓷基材;放心使用表面安装技术;减少印制板真正有效的面积;取代了散热器等元器件,改善产品耐热和物理性能;减少生产成本和劳力。

 五、铝基板制作工艺流程

 

 

一)开料

  1、开料的流程

来料→开料→焗板

来料:由导热材料或半固化片与铜箔压合在铝板上而成用於铝基PCB制作的原材料,又称铝基覆铜板。

开料:开料就是将一张大料根据不同拼板要求用机器切成小料的过程。开料后的板边尖锐,容易划伤手,同时使板与板之间擦花,所以开料后再用磨边机磨边。

焗板(烤板):

1.焗板目的:

①.消除板料在制作时产生的内应力。        

   提高材料的尺寸稳定性.

②.去除板料在储存时吸收的水份,                                 

   增加材料的可靠性。

2.焗板条件:

    150℃焗板4小时,叠板厚度通常50厘

米一叠

  2、开料的目的

  将大尺寸的来料剪切成生产所需要的尺寸

  3、开料注意事项

  ①开料首件核对首件尺寸

  ②注意铝面刮花和铜面刮花

  ③注意板边分层和披锋

二)干/湿膜成像

        湿膜(又称感光线路油)、感光干膜它们都是一种感光材料,该材料遇到紫外光后发生聚合反应,形成较为稳定的影像,不会在弱碱下溶解,而未感光部分遇弱碱溶解。

  1、干/湿膜成像流程

  磨板——贴膜——曝光——显影

  2、干/湿膜成像目的

  在板料上呈现出制作线路所需要的部分

  3、干/湿膜成像注意事项

  ①检查显影后线路是否有开路

  ②显影对位是否有偏差,防止干膜碎的产生

  ③注意板面擦花造成的线路不良

  ④曝光时不能有空气残留防止曝光不良

  ⑤曝光后要静止15分钟以上再做显影

 

曝光:

曝光的作用是曝光机的紫外线通过底片使菲林上部分图形感光,从而使图形转移到铜板上。

显影:

显影的作用:

是将未曝光部分的干菲林去掉,留下感光的部分。

显影的原理:

未曝光部分的感光材料没有发生聚合反应,遇弱碱Na2CO3(0.8-1.2%)溶解。而聚合的感光材料则留在板面上,保护下面的铜面不被蚀刻药水溶解。

 

三)酸性/碱性蚀刻

 

  1、酸性/碱性蚀刻流程

  蚀刻——退膜——烘干——检板

  2、酸性/碱性蚀刻目的

  将干/湿膜成像后保留需要的线路部分,除去线路以外多余的部分

  3、酸性/碱性蚀刻注意事项

  ①注意蚀刻不净,蚀刻过度

  ②注意线宽和线细

  ③铜面不允许有氧化,刮花现象

  ④退干膜要退干净

蚀刻的作用:

      是将未曝光部分的铜面蚀刻掉。

 

)褪膜

 

是通过较高浓度的NaOH(3-5%)将保护线路铜面的菲林去掉,NaOH溶液的浓度不能太高,否则容易氧化板面。

 

 

五)AOI工序

该机器原理是利用铜面的反射作用使板上的图形可以被AOI机扫描后记录在软件中,并通过与客户提供的数据图形资料进行比较来检查缺陷点的一种机器,如开路、短路、曝光不良等缺陷都可以通过AOI机检查到。

 

六)棕化

棕化工序的作用就是粗化铜表面,增大结合面积,增加表面结合力。

七)压板

工艺简介:压板就是用半固化片将外层铜箔与内层,以及各内层与内层之间连结成为一个整体,成为多层板。

 

工艺原理:利用半固化片的特性,在一定温度下融化,成为液态填充图形空间处,形成绝缘层,然后进一步加热后逐步固化,形成稳定的绝缘材料,同时将各线路各层连接成一个整体的多层板。

 

什么是半固化片(PP)?

Prepreg是Pre-pregnant的英文缩写。是树脂与玻璃纤维载体合成的一种片状粘结材料。

树脂—通常是高分子聚合物,一种热固型材料。目前常用的为环氧树脂FR-4。

 

外层前工序

 

八)钻孔

  1、钻孔的流程

  打销钉——钻孔——检板

  2、钻孔的目的

  对板材进行定位钻孔对后续制作流程和客户组装提供辅助

  3、钻孔的注意事项

  ①核对钻孔的数量、空的大小

  ②避免板料的刮花

  ③检查铝面的披锋,孔位偏差

  ④及时检查和更换钻咀

  ⑤钻孔分两阶段,一钻:开料后钻孔为外围工具孔;

  二钻:阻焊后单元内工具孔

铝基板钻咀特点

① 钻头排屑空间大:排屑阻力小,排屑顺畅,钻孔发热量小,减少钻污;

② 超凡的切削刃锋利度:由于采用了纳米技术和先进的磨削工艺,钻头切削刃较以前更加锋利,可减小切削力,降低断钻率,提高孔壁质量;

③ 基于客户应用的刀具设计:钻头品种丰富,可满足不同的应用需求。钻头所有参数,如钻芯厚,钻芯锥度等,皆经精心设计,实效明显;

④ 切削刃严格对称:有利于高效切削,避免钻孔偏移。

九)沉铜  全板电镀

用化学的方法使钻孔后的板材孔内沉积上一层导电的金属,并用全板电镀的方法使金属层加厚,以此达到孔内金属化的目的,并使线路借此导通

流程:

磨板→除胶渣→沉銅→全板电镀→下工序

 

化学沉铜(Electroless  Copper Deposition),俗称沉铜,它是一种自催化的化学氧化及还原反应,在化学镀铜过程中Cu2+离子得到电子还原为金属铜,还原剂放出电子,本身被氧化。化学镀铜在印刷板制造中被用作孔金属化,来完成双面板与多面板层间导线的联通。

 

 

 

 

  五)丝印阻焊、字符

  1、丝印阻焊、字符流程

  丝印——预烤——曝光——显影——字符

  2、丝印阻焊、字符的目的

  ①防焊:保护不需要做焊锡的线路,阻止锡进入造成短路

  ②字符:起到标示作用

  3、丝印阻焊、字符的注意事项

  ①要检查板面是否存在垃圾或异物

  ②检查网板的清洁度

  ③丝印后要预烤30分钟以上,以避免线路见产生气泡

  ④注意丝印的厚度和均匀度

  ⑤预烤后板要完全冷却,避免沾菲林或破坏油墨表面光泽度

  ⑥显影时油墨面向下放置

        

  六)V-CUT,锣板

  1、V-CUT,锣板的流程

  V-CUT——锣板——撕保护膜——除披锋

  2、V-CUT,锣板的目的

  ①V-CUT:将单PCS线路与整PNL的板材切割留有少部分相连方便包装与取出使用

  ②锣板:将线路板中多余的部分除去

  3、V-CUT,锣板的注意事项

  ①V-CUT过程中要注意V的尺寸,边缘的残缺、毛刺

  ②锣板时注意造成毛刺,锣刀偏斜,及时的检查和更换锣刀

  ③最后在除披锋时要避免板面划伤

  七)测试,OSP

  1、测试,OSP流程

  线路测试——耐电压测试——OSP

  2、测试,OSP的目的

  ①线路测试:检测已完成的线路是否正常工作

  ②耐电压测试:检测已完成线路是否能承受指定的电压环境

  ③OSP:让线路能更好的进行锡焊

  3、测试,OSP的注意事项

  ①在测试后如何区分后如何存放合格与不合格品

  ②做完OSP后的摆放

  ③避免线路的损伤

  八)FQC,FQA,包装,出货

  1、流程

  FQC——FQA——包装——出货

  2、目的

  ①FQC对产品进行全检确认

  ②FQA抽检核实

  ③按要求包装出货给客户

  六、PCB铝基板用途

  1.音频设备:输入、输出放大器、平衡放大器、音频放大器、前置放大器、功率放大器等。

  2.电源设备:开关调节器`DC/AC转换器`SW调整器等。

  3.通讯电子设备:高频增幅器`滤波电器`发报电路。

  4.办公自动化设备:电动机驱动器等。

  5.汽车:电子调节器`点火器`电源控制器等。

  6.计算机:CPU板`软盘驱动器`电源装置等。

  7.功率模块:换流器`固体继电器`整流电桥等。

  8.灯具灯饰:随着节能灯的提倡推广,应用于LED灯的铝基板也开始大规模应用。