楊存杰 倪蘊(yùn)之 彭小波

（江蘇蘇杭電子集團(tuán)公司，江蘇 昆山 215341）

1 任務(wù)提出

隨著電子產(chǎn)品的小型化不斷發(fā)展，產(chǎn)品的布線密度越來越高，而大功率器件也在不斷增多，造成功耗增加，轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃吭黾?，?dǎo)致溫度不斷升高，會造成系統(tǒng)不能正常工作。一般FR-4材質(zhì)印制電路板，導(dǎo)熱系數(shù)小，不適宜用于直接安裝大功率器件。

普通FR-4印制電路板導(dǎo)熱系數(shù)，一般只有0.5 W/m·K左右，這種板能夠承受的溫升在70 ℃。對于在其上安裝大功率器件和高頻元器件，如果散熱不及時，板溫會升高到100 ℃，甚至到130 ℃。在這樣的高溫下，將威脅到元器件和印制板的可靠性和使用壽命，嚴(yán)重時系統(tǒng)將不能正常工作。

有一家客戶要試制一種調(diào)速電機(jī)，因為電機(jī)工作功率較大，產(chǎn)生的熱量較多，要求與之配套的PCB板具有高導(dǎo)熱性能，其導(dǎo)熱系數(shù)要求1.0 W/m·K以上，系統(tǒng)才能正常工作。之前這家客戶，在我公司生產(chǎn)了形狀差不多的電機(jī)控制板，就是用普通材質(zhì)的FR-4基板，在使用時出現(xiàn)溫升過高問題，希望新產(chǎn)品能夠改善這種狀況。客戶要求制作的調(diào)速電機(jī)控制板（見圖1）。

為了解決散熱問題，使系統(tǒng)正常工作，一般情況下，業(yè)界都采用金屬基板或者陶瓷基板來制作印制電路板。使用陶瓷基板，制作成本較高，客戶不接受。如果使用鋁基板，由于客戶設(shè)計的線路圖形為雙面板，鋁基板的絕緣介質(zhì)很薄，在電機(jī)長期高速運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生振動時會使絕緣強(qiáng)度降低，易產(chǎn)生漏電的風(fēng)險，制作成本也較高，客戶難以接受。

圖1 調(diào)速電機(jī)控制PCB

經(jīng)過我們工藝調(diào)研和評估，并與客戶一起商討，利用FR-4基材制作線路圖形，然后涂覆導(dǎo)熱膠制作成FR-4高導(dǎo)熱印制板，滿足客戶的高導(dǎo)熱的要求和低成本的期望。

2 工藝流程及關(guān)鍵工序

2.1 工藝流程

制作工藝流程：開料→烘板→鉆孔→孔金屬化→干膜→圖形電鍍→堿性蝕刻→AOI→阻焊→導(dǎo)熱膠→字符→熱風(fēng)整平無鉛焊錫→外形銑切→V槽切割→清洗→電測試→成品檢查→包裝。

2.2 關(guān)鍵工序制作方法

2.2.1 導(dǎo)熱膠的選擇

導(dǎo)熱膠是一種有機(jī)樹脂添加填充料混煉而成的導(dǎo)熱材料。導(dǎo)電膠應(yīng)具有的特性：優(yōu)良的電絕緣性能，在受熱、受潮環(huán)境下保持良好的電氣性；具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能（散熱性能），以及耐高低溫性能；具有卓越的粘接強(qiáng)度，與絕緣基板或金屬都有良好的附著力；涂布操作方便，固化溫度低、速度快，適于印制板工藝；無毒、無刺激性氣體釋放、無溶劑、無腐蝕、無污染、更安全環(huán)保。

我們選擇的導(dǎo)熱膠基本指標(biāo)是固化后的導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到1.1～1.5 W/m·K，為電子產(chǎn)品提供了高保障的散熱系數(shù)。經(jīng)過聯(lián)系，有導(dǎo)熱膠供應(yīng)商提供導(dǎo)熱膠樣品供我們試驗。經(jīng)過試驗比較，我們選擇了一種導(dǎo)熱系數(shù)高（導(dǎo)熱系數(shù)大于3 W/m·K），熱阻?。嶙栊∮?.09 ℃/W），與環(huán)氧樹脂基材兼容性好的單液型TCI-B-C260型黑色導(dǎo)熱膠。

2.2.2 印刷網(wǎng)板的選擇

根據(jù)我公司現(xiàn)有資源，我們有100T的字符網(wǎng)，43T和36T阻焊網(wǎng)，18T可剝膠網(wǎng)可供選擇。結(jié)合我司阻焊印刷經(jīng)驗，和導(dǎo)熱膠資料介紹，選擇用36T的網(wǎng)印刷，在黏度調(diào)到180 Pa.s左右時，導(dǎo)熱膠膜厚度為大于60 μm以上，滿足厚度要求。測得銅面導(dǎo)熱膠厚度80.52 μm，基材面導(dǎo)熱膠厚度114.29 μm（見圖2）。

圖2 導(dǎo)熱膠厚度切片圖

2.2.3 導(dǎo)熱膠印刷面貼片位置圖形處理

由于導(dǎo)熱膠不易定型，在印刷后進(jìn)行烘烤時滲出，失真嚴(yán)重，極易滲到貼片焊盤位置，導(dǎo)致貼片不良。我們在圖形處理時，將元件貼片焊盤四周，印刷3 mm寬的阻焊隔離帶，阻止導(dǎo)熱膠滲到貼片上。導(dǎo)熱膠的圖形由貼片位置向外削掉2 mm。導(dǎo)熱膠圖形、導(dǎo)熱膠面阻焊圖形及印刷導(dǎo)熱膠實樣（見圖3）。

圖3 導(dǎo)熱膠圖形阻焊圖形和印刷導(dǎo)熱膠實樣

2.2.4 導(dǎo)熱膠印刷工藝控制

導(dǎo)熱膠黏度很大，粘度達(dá)260 Pa.s，不易印刷。一般阻焊油墨混合后的粘度在108～150 Pa.s之間。雖然產(chǎn)品資料說明為單液型產(chǎn)品，如果完全不加稀釋劑，無法印刷。添加15～20 mL稀釋劑后，降低粘度到180 Pa.s，才可正常印刷?；居∷?shù)為：刮刀硬度： 75°（邵氏硬度）；刮刀角度：5°～25°；絲印壓力：0.45 Mpa（4.5 kgf/cm2）；絲印速度：50～60刻度值。

2.2.5 導(dǎo)熱膠烘烤工藝控制

由于導(dǎo)熱膠流動度不易控制，印刷后烘烤時流動度變化很大，采用插架方式烘烤，將出現(xiàn)嚴(yán)重的表面厚度不均，流動痕跡很嚴(yán)重的現(xiàn)象。

為了消除導(dǎo)熱膠的厚度不均和流動痕跡現(xiàn)象，印刷后要水平放靜置1 h以上，用千層架進(jìn)行烘烤（見圖4）。

圖4 利用千層架烘板圖形

導(dǎo)熱膠印刷后，烘干溫度分二段：100 ℃、30 min；150 ℃、60 min。

2.2.6 其它工藝控制

（1） 裸銅面去氧化處理。

導(dǎo)熱膠是印刷在裸銅面上的，印刷導(dǎo)熱膠時，板面局部已經(jīng)印刷了阻焊劑，無法用機(jī)械磨板的方式處理銅面氧化層，需采取化學(xué)方式去氧化，或用噴砂方式去氧化，保證銅面上氧化層去除干凈，又不能損壞阻焊層。

（2）熱風(fēng)整平無鉛焊錫工藝控制。

由于導(dǎo)熱膠膠層比較厚，其膠層包裹的貼片焊盤位置凹陷較深，熱風(fēng)整平焊錫時易產(chǎn)生錫高的現(xiàn)象，需要重點(diǎn)控制。

（3）電測試修補(bǔ)控制。

當(dāng)導(dǎo)熱膠用刀修刻時，導(dǎo)熱膠膜將會斷開，相當(dāng)于導(dǎo)熱通道被隔斷。由于導(dǎo)熱膠粘度較大，填縫性能不好，后續(xù)修補(bǔ)時補(bǔ)上的膠層很難滲到縫隙中，會大大影響導(dǎo)熱效果，最終會引起產(chǎn)品導(dǎo)熱性能不符合要求。因此，產(chǎn)品的半成品AOI檢查要控制好，避免后工序產(chǎn)生修補(bǔ)。如電測發(fā)現(xiàn)有短路現(xiàn)象，修刻后補(bǔ)膠要適當(dāng)加厚，最好修補(bǔ)二次，確保導(dǎo)熱通道暢通。

3 總結(jié)

導(dǎo)熱膠印制電路板，按照上述工藝流程生產(chǎn)，并經(jīng)電測試合格后，包裝交付給客戶試用。在客戶端把產(chǎn)品已經(jīng)裝配成成品樣機(jī)，導(dǎo)熱膠印制電路板產(chǎn)品的各項指標(biāo)滿足設(shè)計要求。

利用FR-4普通材質(zhì)的印制電路板，在其上印刷導(dǎo)熱系數(shù)大于3 W/m·K的導(dǎo)熱膠，制作成FR-4高導(dǎo)熱印制電路板，可以代替要求導(dǎo)熱系數(shù)1 W/m·K的陶瓷印制板或鋁基印制板，而且成本低廉，工藝簡單，絕緣強(qiáng)度高，可靠性好。我們通過研發(fā)已經(jīng)掌握了制作FR-4高導(dǎo)熱印制電路板的基本工藝方法，了解了制程中的關(guān)鍵工藝步驟，可以承接批量性的FR-4高導(dǎo)熱印制電路板的生產(chǎn)。