容易散熱的鋁基板工藝介紹

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(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)為雙面板，結(jié)構(gòu)為電路層、絕緣層、鋁基、絕緣層、電路層。極少數(shù)應(yīng)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)電圖形層與絕緣材料加鋁板（基板）交替層壓粘結(jié)在一起制成的印刷電路板。

按表面處理方式來(lái)劃分：

沉金板 (化學(xué)薄金 化學(xué)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(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的熱量通過(guò)絕緣層快速傳導(dǎo)到金屬基層，然后由金屬基層將熱量傳遞出去，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)器件的散熱（請(qǐng)見(jiàn)圖2）。

與傳統(tǒng)的FR-4比，鋁基板能夠?qū)嶙杞抵磷畹停逛X基板具有極好的熱傳導(dǎo)性能；與厚膜陶瓷電路相比，它的機(jī)械性能又極為優(yōu)良。

此外，鋁基板還有如下獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：

符合RoHs要求；

更適應(yīng)于SMT工藝；

在電路設(shè)計(jì)方案中對(duì)熱擴(kuò)散進(jìn)行極為有效的處理，從而降低模塊運(yùn)行溫度，延長(zhǎng)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(chǎn)品體積，降低硬件及裝配成本；將功率電路和控制電路最優(yōu)化組合；

取代易碎的陶瓷基板，獲得更好的機(jī)械耐久力。

三、鋁基板的構(gòu)成

1.線路層

線路層（一般采用電解銅箔）經(jīng)過(guò)蝕刻形成印制電路，用于實(shí)現(xiàn)器件的裝配和連接。與傳統(tǒng)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(shù)，主要起到粘接，絕緣和導(dǎo)熱的功能。鋁基板絕緣層是功率模塊結(jié)構(gòu)中最大的導(dǎo)熱屏障。絕緣層熱傳導(dǎo)性能越好，越有利于器件運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生熱量的擴(kuò)散，也就越有利于降低器件的運(yùn)行溫度，從而達(dá)到提高模塊的功率負(fù)荷，減小體積，延長(zhǎng)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(shù)，熱傳導(dǎo)能力，強(qiáng)度，硬度，重量，表面狀態(tài)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(fā)難。常規(guī)的印制板基材如FR4、CEM3都是熱的不良導(dǎo)體，層間絕緣，熱量散發(fā)不出去。電子設(shè)備局部發(fā)熱不排除，導(dǎo)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(zhì)的共同本性，不同物質(zhì)的熱膨脹系數(shù)是不同的。鋁基印制板可有效地解決散熱問(wèn)題，從而使印制板上的元器件不同物質(zhì)的熱脹冷縮問(wèn)題緩解，提高了整機(jī)和電子設(shè)備的耐用性和可靠性。特別是解決SMT（表面貼裝技術(shù)）熱脹冷縮問(wèn)題。

三、尺寸穩(wěn)定性

鋁基印制板，顯然尺寸要比絕緣材料的印制板穩(wěn)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(shù)；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(chǎn)品耐熱和物理性能；減少生產(chǎn)成本和勞力。

五、鋁基板制作工藝流程

一）開(kāi)料

1、開(kāi)料的流程

來(lái)料→開(kāi)料→焗板

來(lái)料：由導(dǎo)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(kāi)料：開(kāi)料就是將一張大料根據(jù)不同拼板要求用機(jī)器切成小料的過(guò)程。開(kāi)料后的板邊尖銳，容易劃傷手，同時(shí)使板與板之間擦花，所以開(kāi)料后再用磨邊機(jī)磨邊。

焗板（烤板）：

1.焗板目的：

①.消除板料在制作時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

提高材料的尺寸穩(wěn)定性.

②.去除板料在儲(chǔ)存時(shí)吸收的水份，

增加材料的可靠性。

2.焗板條件：

150℃焗板4小時(shí)，疊板厚度通常50厘

米一疊

2、開(kāi)料的目的

將大尺寸的來(lái)料剪切成生產(chǎn)所需要的尺寸

3、開(kāi)料注意事項(xiàng)

①開(kāi)料首件核對(duì)首件尺寸

②注意鋁面刮花和銅面刮花

③注意板邊分層和披鋒

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(fā)生聚合反應(yīng)，形成較為穩(wěn)定的影像，不會(huì)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(xiàn)出制作線路所需要的部分

3、干/濕膜成像注意事項(xiàng)

①檢查顯影后線路是否有開(kāi)路

②顯影對(duì)位是否有偏差，防止干膜碎的產(chǎn)生

③注意板面擦花造成的線路不良

④曝光時(shí)不能有空氣殘留防止曝光不良

⑤曝光后要靜止15分鐘以上再做顯影

曝光：

曝光的作用是曝光機(jī)的紫外線通過(guò)底片使菲林上部分圖形感光，從而使圖形轉(zhuǎn)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(méi)有發(fā)生聚合反應(yīng)，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(hù)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(xiàng)

①注意蝕刻不凈，蝕刻過(guò)度

②注意線寬和線細(xì)

③銅面不允許有氧化，刮花現(xiàn)象

④退干膜要退干凈

蝕刻的作用：

是將未曝光部分的銅面蝕刻掉。

四）褪膜

是通過(guò)較高濃度的NaOH（3-5%）將保護(hù)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(jī)器原理是利用銅面的反射作用使板上的圖形可以被AOI機(jī)掃描后記錄在軟件中,并通過(guò)與客戶提供的數(shù)據(jù)圖形資料進(jìn)行比較來(lái)檢查缺陷點(diǎn)的一種機(jī)器，如開(kāi)路、短路、曝光不良等缺陷都可以通過(guò)AOI機(jī)檢查到。

六）棕化

棕化工序的作用就是粗化銅表面，增大結(jié)合面積，增加表面結(jié)合力。

七）壓板

工藝簡(jiǎn)介：壓板就是用半固化片將外層銅箔與內(nèi)層，以及各內(nèi)層與內(nèi)層之間連結(jié)成為一個(gè)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(tài)填充圖形空間處，形成絕緣層，然后進(jìn)一步加熱后逐步固化，形成穩(wěn)定的絕緣材料，同時(shí)將各線路各層連接成一個(gè)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(shù)脂與玻璃纖維載體合成的一種片狀粘結(jié)材料。

樹(shù)脂—通常是高分子聚合物，一種熱固型材料。目前常用的為環(huán)氧樹(shù)脂F(xiàn)R-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(duì)板材進(jìn)行定位鉆孔對(duì)后續(xù)制作流程和客戶組裝提供輔助

3、鉆孔的注意事項(xiàng)

①核對(duì)鉆孔的數(shù)量、空的大小

②避免板料的刮花

③檢查鋁面的披鋒，孔位偏差

④及時(shí)檢查和更換鉆咀

⑤鉆孔分兩階段，一鉆：開(kāi)料后鉆孔為外圍工具孔；

二鉆：阻焊后單元內(nèi)工具孔

鋁基板鉆咀特點(diǎn)

① 鉆頭排屑空間大：排屑阻力小，排屑順暢，鉆孔發(fā)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(shù)和先進(jìn)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(zhì)量；

③ 基于客戶應(yīng)用的刀具設(shè)計(jì)：鉆頭品種豐富，可滿足不同的應(yīng)用需求。鉆頭所有參數(shù)，如鉆芯厚，鉆芯錐度等，皆經(jīng)精心設(shè)計(jì)，實(shí)效明顯；

④ 切削刃嚴(yán)格對(duì)稱：有利于高效切削，避免鉆孔偏移。

九）沉銅 全板電鍍

用化學(xué)的方法使鉆孔后的板材孔內(nèi)沉積上一層導(dǎo)電的金屬,并用全板電鍍的方法使金屬層加厚,以此達(dá)到孔內(nèi)金屬化的目的,并使線路借此導(dǎo)通

流程：

磨板→除膠渣→沉銅→全板電鍍→下工序

化學(xué)沉銅（Electroless Copper Deposition），俗稱沉銅，它是一種自催化的化學(xué)氧化及還原反應(yīng)，在化學(xué)鍍銅過(guò)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。化學(xué)鍍銅在印刷板制造中被用作孔金屬化，來(lái)完成雙面板與多面板層間導(dǎo)線的聯(lián)通。

五）絲印阻焊、字符

1、絲印阻焊、字符流程

絲印——預(yù)烤——曝光——顯影——字符

2、絲印阻焊、字符的目的

①防焊：保護(hù)不需要做焊錫的線路，阻止錫進(jìn)入造成短路

②字符：起到標(biāo)示作用

3、絲印阻焊、字符的注意事項(xiàng)

①要檢查板面是否存在垃圾或異物

②檢查網(wǎng)板的清潔度

③絲印后要預(yù)烤30分鐘以上，以避免線路見(jiàn)產(chǎn)生氣泡

④注意絲印的厚度和均勻度

⑤預(yù)烤后板要完全冷卻，避免沾菲林或破壞油墨表面光澤度

⑥顯影時(shí)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(hù)膜——除披鋒

2、V-CUT，鑼板的目的

①V-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

②鑼板：將線路板中多余的部分除去

3、V-CUT，鑼板的注意事項(xiàng)

①V-CUT過(guò)程中要注意V的尺寸，邊緣的殘缺、毛刺

②鑼板時(shí)注意造成毛刺，鑼刀偏斜，及時(shí)的檢查和更換鑼刀

③最后在除披鋒時(shí)要避免板面劃傷

七）測(cè)試，OSP

1、測(cè)試，OSP流程

線路測(cè)試——耐電壓測(cè)試——OSP

2、測(cè)試，OSP的目的

①線路測(cè)試：檢測(cè)已完成的線路是否正常工作

②耐電壓測(cè)試：檢測(cè)已完成線路是否能承受指定的電壓環(huán)境

③OSP：讓線路能更好的進(jìn)行錫焊

3、測(cè)試，OSP的注意事項(xiàng)

①在測(cè)試后如何區(qū)分后如何存放合格與不合格品

②做完OSP后的擺放

③避免線路的損傷

八）FQC，F(xiàn)QA，包裝，出貨

1、流程

FQC——FQA——包裝——出貨

2、目的

①FQC對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全檢確認(rèn)

②FQA抽檢核實(shí)

③按要求包裝出貨給客戶

六、PCB鋁基板用途

1.音頻設(shè)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(shè)備：開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器`DC/AC轉(zhuǎn)換器`SW調(diào)整器等。

3.通訊電子設(shè)備：高頻增幅器`濾波電器`發(fā)報(bào)電路。

4.辦公自動(dòng)化設(shè)備：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器等。

5.汽車：電子調(diào)節(jié)器`點(diǎn)火器`電源控制器等。

6.計(jì)算機(jī)：CPU板`軟盤驅(qū)動(dòng)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(jié)能燈的提倡推廣，應(yīng)用于LED燈的鋁基板也開(kāi)始大規(guī)模應(yīng)用。