唐宏華 黃雙雙 徐得剛 王 斌 樊廷慧

（1.惠州市金百澤電路科技有限公司，廣東 惠州 516083；2.深圳市金百澤電子科技股份有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

隨著汽車電子市場需求的增長，車載雷達及新能源電控組件等關(guān)鍵部件成為汽車電子用印制電路板（printed circuit board，PCB）增長的核心。在新能源汽車中，驅(qū)動電機系統(tǒng)是“三電”核心部件之一，也是電動汽車的動力來源。在電機系統(tǒng)中，電機驅(qū)動模塊是必不可少的組件，考慮到加速時的瞬間電流，驅(qū)動模塊需承載300 A以上大電流并有良好的散熱性能，使電機保持在理想溫度下工作。

因此，客戶對產(chǎn)品的散熱性能及可靠性要求較高。目前新能源汽車應用的電機驅(qū)動模塊，一般以厚銅芯板壓合鋁基結(jié)構(gòu)為主。由于金屬鋁基與FR-4 芯板是2 種不同物性的材料，壓合后極易出現(xiàn)板翹超標的現(xiàn)象，此缺陷會給PCB 后制程加工及印制電路板組裝（printed circuit board assembling，PCBA）貼片帶來嚴峻的挑戰(zhàn).本文將針對這些挑戰(zhàn)提出具體的應對方案，以滿足客戶翹曲度≤0.75%的加工要求。

1 鋁基混壓PCB結(jié)構(gòu)特點

應用于電機驅(qū)動模塊的鋁基混壓PCB 產(chǎn)品，采用厚銅芯板壓合鋁基結(jié)構(gòu)，底層為金屬鋁基，頂層為雙面厚銅芯板，中間為高導熱黏結(jié)片，整體板厚需控制在2.3 mm（1±10%），如圖1所示。

圖1 鋁基混壓PCB結(jié)構(gòu)

由于PCB 頂層與底層結(jié)構(gòu)不對稱，且鋁基板與FR-4 芯板是2 種不同物性的材料，造成壓合翹曲度不可控，因此需要對影響鋁基混壓板翹的關(guān)鍵流程及相關(guān)加工參數(shù)進行技術(shù)研究，以解決鋁基混壓帶來的板翹問題，如圖2所示。

圖2 鋁基混壓PCB板翹（3.3%）超標

2 鋁基混壓PCB板翹測試方案

2.1 影響因素分析

根據(jù)鋁基混壓PCB 結(jié)構(gòu)，分別對涉及結(jié)構(gòu)的各組成要素進行對比分析，并擬訂測試方案，見表1。

表1 鋁基混壓PCB測試方案

2.2 DOE正交試驗因素和試驗表

按電機驅(qū)動模塊產(chǎn)品（M267670）工程資料進行設(shè)計，見表2和表3。

表2 因素與水平

表3 DOE正交試驗表（9組）

3 鋁基混壓PCB板翹工藝測試

3.1 測試板準備

參考電機驅(qū)動模塊鋁基混壓板結(jié)構(gòu)進行工藝測試，投產(chǎn)數(shù)量18塊在制板（panel，PNL）。

3.2 試板工藝流程

試板工藝流程如圖3所示。

圖3 試板工藝流程

3.3 板翹DOE測試數(shù)據(jù)

（1）DOE 試驗（固定PP 結(jié)構(gòu)106×3，測試鋁基混壓PCB層壓翹曲度），板翹數(shù)據(jù)見表4。

表4 板翹DOE測試數(shù)據(jù)

（2）數(shù)據(jù)分析。①經(jīng)DOE 測試，固定PP 結(jié)構(gòu)情況下，影響鋁基混壓板翹的主要因素為銅厚與介質(zhì)厚度，次要因素為鋁基厚度與鋁基熱處理方式；② 從芯板介質(zhì)厚度對比測試數(shù)據(jù)看，介質(zhì)厚度越薄，其層壓翹曲度越??；③從鋁基材質(zhì)看，1060 與5052 無明顯差異，但厚度對板翹有一定影響，鋁基越厚，越有利于板翹控制；④ 從鋁基熱處理方式看，預先熱壓對控制板翹略有幫助；⑤ 從銅厚對比測試數(shù)據(jù)看，銅厚越薄，其層壓翹曲度越小，但考慮產(chǎn)品需承受330 A 大電流的特點，銅厚不能小于140 μm，需優(yōu)先滿足其載流能力。

因此，最優(yōu)方案為A1、B3、C3、D3（芯板介質(zhì)厚度0.1 mm、銅厚140 μm、鋁基5052-1.5 mm、熱壓處理）。

3.4 DOE方案驗證

按DOE 最優(yōu)方案A1、B3、C3、D3，用在線小批量生產(chǎn)M267670 產(chǎn)品進行工藝驗證。加工參數(shù)見表5，壓合后板翹測試數(shù)據(jù)見表6。

表5 鋁基混壓加工參數(shù)表

表6 鋁基混壓板翹測試數(shù)據(jù)

按DOE 最優(yōu)方案A1、B3、C3、D3 加工，測試鋁基混壓板M267670 的翹曲度為1.34%～1.89%，比結(jié)構(gòu)優(yōu)化前（翹曲度2.5%～3.3%）有明顯改善，但未達成客戶翹曲度≤0.75%的管控要求，需繼續(xù)對鋁基混壓板翹進行工藝改善。

4 鋁基混壓PCB板翹整平工藝

經(jīng)對鋁基混壓結(jié)構(gòu)進行DOE 優(yōu)化后，可適度降低鋁基混壓板翹，但無法達到翹曲度≤0.75%的要求，且結(jié)構(gòu)上已無大的改善空間，為此在層壓后增加板翹整平處理工藝。

4.1 整平機加工設(shè)備

整平機設(shè)備如圖4 所示。試板M267670 在整平機上的加工參數(shù)及板翹測試數(shù)據(jù)見表7。

表7 板翹整平參數(shù)及測試數(shù)據(jù)

圖4 板翹整平機

4.2 整平機測試小結(jié)

壓合后采用板翹整平機進行整平處理，整平速度按20～30 HZ，放板時翹曲的一面朝上，壓轆間隙根據(jù)加工板厚及整平效果調(diào)整，X/Y方向各整平1 次；按此方式整平后，其鋁基PCB 翹曲度由1.34%～1.89%降低至0.40%～0.67%，改善效果明顯（翹曲度0.58%)，如圖5 所示，可滿足翹曲度≤0.75%的控制目標。

圖5 整平后翹曲度

5 工藝總結(jié)

針對電機驅(qū)動模塊產(chǎn)品均為厚銅的設(shè)計特點，同時考慮產(chǎn)品整體性能指標，按A1B3C3D3+層壓后板翹整平處理的組合方案進行加工，實現(xiàn)鋁基混壓PCB 成品翹曲度如圖6 所示?？傊瑴y量產(chǎn)品翹曲度為0.40%～0.67%，可以滿足翹曲度≤0.75%的管控要求，同時測量產(chǎn)品耐壓值及絕緣性能均合格，驗證了方案有效。

圖6 成品翹曲度

6 結(jié)語

以上簡單介紹了一種鋁基混壓PCB 的板翹控制方法，采用鋁基預壓+鋁基混壓結(jié)構(gòu)優(yōu)化+專用整平機處理，可以大幅改善鋁基混壓PCB 層壓板翹，滿足翹曲度≤0.75%的管控要求，且不影響產(chǎn)品的耐壓及絕緣性能，對后制程加工及產(chǎn)品良率提升均有積極的促進作用。