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        一種高散熱銅基印制電路板制造探索

        2021-01-09 02:50:50孟昭光趙南清
        印制電路信息 2020年12期
        關(guān)鍵詞:紫銅外層銑刀

        孟昭光 趙南清

        (東莞市五株電子科技有限公司,廣東 東莞 523290 )

        1 產(chǎn)品背景

        近年來LED產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展,但散熱問題一直困擾LED,尤其是大功率LED在照明領(lǐng)域中的應(yīng)用和發(fā)展。金屬基板[1]散熱性好,為有效解決LED散熱提供了新的思路和途徑。在金屬基板中又以銅基板的散熱效果最好(比鋁、鐵更好),拓寬了金屬基板在散熱領(lǐng)域的應(yīng)用,是PCB的一個(gè)重要分支,市場(chǎng)前景廣闊。

        HDI銅基汽車板對(duì)導(dǎo)熱要求很高,普通FR4絕緣材料已不能滿足導(dǎo)熱要求,需要選擇導(dǎo)熱性絕緣層材料。材料由核心導(dǎo)熱成分為三氧化二鋁及硅粉和環(huán)氧樹脂填充的聚合物構(gòu)成,不含玻璃布,熱阻小粘性好,能夠承受機(jī)械力及熱應(yīng)力。

        2 產(chǎn)品介紹

        2.1 產(chǎn)品信息

        本款HDI銅基汽車板產(chǎn)品是LED車燈上的一款產(chǎn)品,對(duì)散熱要求非常高。產(chǎn)品介紹內(nèi)容包括產(chǎn)品信息、CAM資料和疊構(gòu)、作業(yè)流程三部分。HDI銅基板的成品圖片(見圖1)。產(chǎn)品信息(見表1)。

        圖1 成品(左:銅基面,右:表面電路)

        表1 產(chǎn)品基本信息

        2.2 產(chǎn)品資料及疊構(gòu)(見圖2)

        圖2 產(chǎn)品工程資料及疊構(gòu)圖

        2.3 作業(yè)流程

        內(nèi)層:開料→棕化減銅→鉆埋孔→LDD→去污沉銅→填孔電鍍→次外層干膜→AOI

        外層:棕化→外層壓合→鑼板邊→外層干膜→外層AOI→防焊→顯影后烤→選擇印油→化金→退選印油→外層鉆孔→銑板→電測(cè)

        3 產(chǎn)品重難點(diǎn)及解決方案

        產(chǎn)品重難點(diǎn)及解決方案見表2,樣品制作結(jié)果完好。

        4 技術(shù)難點(diǎn)攻關(guān)

        4.1 壓合

        制作難點(diǎn):HDI銅基板的絕緣層采用低流膠導(dǎo)熱性材料,有缺膠風(fēng)險(xiǎn),該材料不含玻璃布較脆,在40 ℃以上有一定粘性,材料特殊要求見表3。

        4.2 鉆孔

        制作難點(diǎn):由于銅基板硬度大,鉆孔是銅基板制作難點(diǎn)之一。隨著鉆孔深度逐漸增大,鉆頭排屑逐漸出現(xiàn)不良,造成鉆孔斷鉆頭;轉(zhuǎn)速過高會(huì)有披鋒,過低會(huì)導(dǎo)致斷鉆頭或者卡死鉆機(jī);進(jìn)刀速太快會(huì)造成鉆頭上產(chǎn)生巨大熱量無法及時(shí)散發(fā)出去,嚴(yán)重影響鉆頭的壽命。

        解決方案:對(duì)于銅基板,鉆孔銅面朝上加蓋鋁片和墊板,適當(dāng)降低鉆孔速率,分5步鉆孔,3.0 mm以上孔工程資料設(shè)計(jì)擴(kuò)孔。具體鉆孔參數(shù)見表5。

        4.3 銑板

        制作難點(diǎn):銅基板的材質(zhì)硬度大且延展性好,銑板是制作難點(diǎn)。銑板采用普通銑刀材質(zhì),會(huì)導(dǎo)致排屑不良,在銑刀的排屑槽內(nèi)大量堆積切屑,嚴(yán)重影響銑刀壽命和銑板毛刺;主軸轉(zhuǎn)速過低,會(huì)造成切削力低、毛剌大,而且容易斷刀;行進(jìn)速度越低,切削越充分,毛刺越小。

        解決方案:從銑刀的材質(zhì)和形狀考慮選用鋁基板銑刀,硬度高、排屑好;銑板在工程資料設(shè)計(jì)2把銑刀,第1把刀預(yù)銑,預(yù)留0.1 mm空間,第2把刀精銑;降低銑板速率,全程噴酒精對(duì)銑刀降溫。

        表2 產(chǎn)品重難點(diǎn)及解決方案

        表3 材料特性要求

        表4 壓合程式

        表5 鉆孔參數(shù)表

        銑板尺寸有一處鉆孔到SET邊距離為9.75±0.05 mm,公差超出銑板制程能力,通過調(diào)整銑板補(bǔ)償,SET尺寸做中值,挑合格尺寸交貨。銑板參數(shù)見表6。

        4.4 異常分析及解決

        銅基板制作過程中發(fā)現(xiàn)壓合后X-RAY不能打靶,分析X-RAY不能打靶的原因是1.0 mm紫銅厚度太厚,X-RAY不能穿透紫銅識(shí)別靶孔。解決方案:降低打靶處的紫銅厚度,將銅基板貼膜曝光,對(duì)需要打靶的位置干膜開窗,通過蝕刻將需要打靶位置的紫銅減薄至1/3左右,再到X-RAY打靶。制作結(jié)果:紫銅減薄至1/3左右,X-RAY可以穿透紫銅識(shí)別靶標(biāo)打靶。

        5 制作結(jié)論

        HDI銅基板因高導(dǎo)熱需求,采用低流膠高導(dǎo)熱絕緣層材料,紫銅厚度為1.0 mm,制作難度較大。銅基板的關(guān)鍵技術(shù)方面制作結(jié)果如下:(1)銅基板采用低流膠高導(dǎo)熱絕緣層,對(duì)壓合有特殊要求,經(jīng)過排版和壓合參數(shù)優(yōu)化,壓合結(jié)果料溫曲線和熱應(yīng)力測(cè)試合格。(2)經(jīng)過鉆孔參數(shù)優(yōu)化,對(duì)于3.0 mm及以上孔徑工程設(shè)計(jì)擴(kuò)鉆,鉆孔參數(shù)并分5段,鉆孔速率降低,鉆孔結(jié)果孔粗及孔口披鋒小,品質(zhì)合格。(3)經(jīng)過銑板參數(shù)優(yōu)化,先預(yù)銑再精銑,選用鋁基板銑刀,降低銑板速率,對(duì)銑刀降溫,結(jié)果邊界光滑,品質(zhì)合格。(4)銅基板壓合后不能打靶,通過對(duì)靶標(biāo)處紫銅減薄至1/3后,X-RAY可以識(shí)別靶標(biāo)打靶。另外,考慮后續(xù)的優(yōu)化如下:(1)銅基板的銑板發(fā)熱量很大,過程需要不停噴酒精對(duì)銑刀降溫,而且單人單軸制作效率低,最佳方案引進(jìn)專用鋁基板銑機(jī)設(shè)備;(2)目前的X-RAY打靶設(shè)備尚不能對(duì)1.0 mm厚度紫銅的銅基板打靶,可以在壓合前對(duì)紫銅將靶孔及鉚合孔鉆出,壓合后可以省去打靶工序。

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