单面板

最全面的铝基板生产工艺流程详解

文章来源:https://www.gdzhpcb.com 发布时间:2019-12-02 浏览次数:35

铝基板制作工艺介绍 

摘 要 l随着绿色科技产业兴起 ,LED产品成为电子行业的一大亮点 ,铝基板凭着优 良的导热性成为金属 基板的首选 ,而铝基板制作 工艺也日趋成熟 。本文主要针对铝基板制作工艺进行全面介绍 ,涉及深度较浅 , 目的是为开发铝基板的线路板同仁提供参考。 

关键词 :导热率 ,热膨胀系数CTE,热阻

 随 着 电子 产 业 的 高 速 发 展 ,在 电子 、通 信 、 电 源 、汽 车 、马 达 等 工 业领 域 越 来 越 多 的应 用铝 基 印 制板 ,特 别 是 近 两 年 LED 产 业 的 兴 起 ,使 得 铝 基 板 的发 展 更 是 突 飞猛 进 ,传 统 ER4线 路 板 制 造 商 纷 纷 开 发 铝 基 板 技 术 ,希 望 在 新 兴 LED产 业 中 分 一 杯 羹 。 这 也 推 动 了 铝 基 板 的 制 作 技 术 从 单 面 向双 面 甚 至 是 多 层 方 向 发 展 。 目前 虽 然 单 面 铝 基 板 仍 然 占据 金 属 基 板 的 半 壁 江 山 , 但 随 着 科 技 的 提 升 , 电子 产 品 功 能 的 多 样 化 ,双 面 铝 基 板 和 多 层 铝 基 板 的 发 展 将 成 为 金 属 基 板 发 展 的 主 流 。 本 文 重 点 介 绍 铝 基 板 的 制 作 工 艺 以及 相 关 标 准 ,为 业 界人 士提供参考 。 

二 、铝 基 板 主要 功 能 首 先 是散 热性 。 目前 很 多双 面 板 ,多层 板 密度 高、功率大、热量散发性要求高。常规的印制板基材 FR4是热的不 良导体 ,层 间绝缘 ,热 量无法及时有效散 发 出去 ,导致 电子组 件高 速失败 ,而 加装散 热装 备风 扇等 不仅 占用 大量空 间 ,且 设备体 积增 大 。采用 铝基 板散热 问题迎 刃而解 ,又 不 占用空间。 另外热 胀冷 缩是 物质 的共 同属性 ,不 同物质 的热 膨 胀 系 数 (CTE,coefficientofthermalexpansion)是 不相同的。一般印制板是树脂、玻璃纤维布、铜箔的 复 合 物 ,在X—Y轴 热 膨 胀 系 数 为 13~18PPM/℃ ,而 在Z轴 是80~90PPM/0C,铜 的CTE为 16.8PPM /。C,片 状 陶 瓷 的CTE 为 6PPM/~ 。 从 以 上 数 据 可 看 出 , FR4绝 缘层 和 孔金 属 化 铜 在Z轴 方 向上 的差 异 相 差5倍 ,如 果产 生 的热 量不 能及 BI,~I}出 ,热 胀冷缩 会导致 孔 金 属 化 断 裂 。在 X~Y轴 方 向 ,由 于 表 面 贴 装 技 术 SMT是 将 陶瓷 芯 片 直 接焊 接 在 焊 盘 上 ,芯 片 的材 料 为 陶 瓷 载 体 CTE和 FR4 CTE#!EI差 2倍 多 , 如 温 度 高 、 长 时 间 经 受 应 力 会导 致 疲 劳 断 裂 。铝 基板 可 有 效 解 决 散 热 ,从 而 使 得 印 制板 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 。 此外 ,铝 基板 同样具 有金 属基板 特有 的 电磁 屏蔽 功 能 ,可 有效屏 蔽其 它 电磁 信 号和 干扰源 ,确保信 号 传输过程 中 的完整 性。 三、铝基板 的基本构造 般 的单 面 铝 基板 由铜 层 、绝 缘 层 、铝 基 金 属 层 、保 护膜构成 ,见下图 1。 3.1铝 金属层相 关性能 般 常用 的铝 金 属 有 三 种 型号 :1050、5052、 6061,其 中 1050质 地 较 软 , 也 称 纯 铝 ; 6061和 5052型均为合 金 ,但6061性能较好 ,价格相对较 高 , 故 最 为 常 用 为 5052型 号 铝 材 料 , 其 厚 度 一 般 为 0.5mm、 1.0mm、 1.6mm、2.4mm、 3.2mm。 下 表

铝基板制作工艺

铝基板制作工艺

为三种合金各种性能。(见表 1、2、3) 3.2绝缘导 热层 铝 基板 绝 缘 层 主 要 起绝 缘 和 导 热作 用 ,一 般厚 度 为 50~200um,如 果 太厚 , 导 热 效 果 不 好 ;太 薄 ,散 热 效果 虽 较 好 ,但 容 易造 成 金 属 芯和 导 线 之 间短路 。 绝 缘层 是 铝 基 板 制作 关键 ,一般 会 采 用 聚 酯和 陶瓷 的 填 充物 混合 而成 ,制造 商 采 用 聚酯 、改 性聚 苯醚 、改 性环 氧 树 脂 、聚 铣 亚胺 等 和 不 同 的填 充 物 制作 成 绝缘 层 ,往 往 会 申请 专 利 。 根据 数 据 显 示 , 美 国 贝格斯 采 用 的 是一 种 聚酯 和 陶瓷 制作 成 的绝缘 导热 层 ,而 增 加 导 热填 充 物 的 多少 会 影 响导 热 系数 的不 同 ,客 户 需根 据 自身产 品 的散 热 需 求 ,选 择 不 同导 热 系数 的产 品 。一 般铝 基 板 供 货商 均 有 不 同 的 导热 系 数产 品 ,从 低 到 高 导甚 至 超 导均 能 满 足 不 同 产 品的需 求。 国外导热层 产品信 赖度较 好的有 贝格斯 ,主要提 供铝基板,很少单独提供绝缘层:莱尔得主要提供导 热绝缘层,很少提供铝基板,还有台湾的聚鼎科技也 提供 绝缘导热 层。另 外国 内一 些厂 家也有 自己研 发导 热绝 缘层并/]~q-成铝基板 的,例如珠 海全宝 、鹤 山东 力等 ,基本技 术指标 同国外产 品差距 不大而在成 本上 具有一定 的优势。

在客 户选择铝 基产 品时 ,最 关键 的指标 是导 热系 数。一般而言导热 系数在1.O~1.5W/m—k属于低导产 品 ,热传导 系数在 1.5~3.O\^//m~k之间属于 中导 热产 品 ,热传 导 系数 在3.0W/m—k以上属于 高导产 品 。对 于 导 热 系 数 的测 量 ,需要 专 门 的仪 器 ,相 对 比较 困 难 ,各 公 司标 注 的数 值 不 一定 完 全 准确 ,且 差 异较 大,最好有权威机构的检测报告。 3.3铜箔 铜箔背面是经过化学氧化处理的,表面镀锌镀黄 铜 , 目 的是 增 加 抗 剥 强 度 ,通 常 采 用 铜 箔 厚 度 为 0.5OZ、 1.OOZ、2.0OZ、3.0OZ,美 国 贝格 斯 使 用 的 是 ED铜 箔 ,厚 度 一般 为 1OZ~1OOZ,对 于厚 铜 箔采 用压延展铜箔 会i;LED铜箔性 能好 。 3.4保护膜 为 了保护 铝面不被 污染擦 花 ,通 常铝基板 表面都 覆盖 一层保 护膜。保 护膜根据 耐温度 的范 围不同分 为 两种 :一种 为PET保护膜 ,仅适合 耐 120度 以下的温 度 :另 外~ 种 为Pl保 护膜 ,可 耐250度 的温度 ,也可 适用 喷锡工艺 ,避免 喷锡前撕 掉保护膜 ,客 户可根据 制程需要选择合适 的保护膜 。 四 、铝 基板 制造 工 艺介绍 4.1单面铝基板制作 工艺 各工序 制作 要点 : 1.一般铝基板有 固定 的尺寸 ,如果订单批量大 ,建 议直接从供货商购买合适 的尺寸 ,避 免开料 ,为了防止 擦花和污染铝面 ,建议采购有保护膜 的铝基板 ;  2.图形制作 仍然采用 干膜 做 图形转移 ,酸 性蚀刻 时对于 保护膜破 损 的地 方需贴单 面胶带 保护 ,其 制作 流程 同普通单面板 ; 3.图形制作完毕 后 ,板边 三个钻 孔管位孔 需用打 靶机打 出,以便制作钻孔和 绿油 工序 ;

铝基板制作工艺

4.阻焊制作 同传 统FR4基板无 明显区别 ; 5.喷锡 :如果 保护 膜 为PI耐高 温膜 ,则可 以直 接 喷锡 。如 果采 用 的是 PET不耐 高温保 护膜 ,则 先要把 膜撕 下来 ,喷完锡 后重 新贴上 单面胶 带 ,防止 后工序 制作擦花铝面 : 6.钻孔 :钻孔参 数基本 上 同FR4参 数 ,钻 孔 时铜 面朝上 : 7.外形 ;hilT: a.V—CUT:V—CUT需 要 采 用 材 质 较 硬 的金 刚石 V—CUT刀具 ,钨钢 刀V—CUT效 果较 差 ,V—CUT角度 有30度 、45度 、60度 。 b.铣 外形 :适 合用 于样板 加工 ,铝基板 不 能采用 普通 的铣 刀 ,需采用双 刃螺旋 形 铣刀 。京瓷 泰康 等多 家知名公司,均有铣铝基板的专用锣刀,机器参数方 面 ,转 数相 对 要 慢 ,而 且 行 程 速度 比 FR4传 统 的 慢 3~5倍 ,效率较低,故适合样板制作。 c.冲外形 :这是最 常用 的批 量:gnm方法 ,需要加 工 高效模具 ,模具 采 用特种 的模具 钢 制作 , 中外形 和 冲孔 可一 次完成 。冲外 形时 ,将铝 基面 朝上 ,冲完 外 形后 ,孔 内和 孔周 边应 无任何 毛刺 。模具 制作 对于铝 基板来 说是 一 门专 门 的学 问 ,有很 多技 巧在 实践 中逐 渐积才能成熟 。 8.其 它表面处理 :铝基板除 了喷锡 以外还可制作成 沉镍金板 ,需要注意的是制作沉镍金板 需要将工具7L:~n 板边用单面胶带封住 ,防止污 染镍金缸。另~,I'OSP表面 处理 与沉镍金 不同 的是 ,OSP可 以外形 加 工完 成后 再 进 行制作 ,板 内的孔可 以不用胶 带封。 4.2双 面铝基板 制作 工艺 双面铝基板 常用有两种结 构。 A.盲孔双面铝 基板(见 图3)。

铝基板制作工艺

此工艺流程 制作 要点 :(见 图4)

铝基板制作工艺

1.尺寸变化稳定性。一般来讲此种工艺先完成双 面 FR4的制作 ,然后 同铝 基板 进行 压 合 ,也 有先完 成 双 面FR4线 路板 的一 面 ,另外 一面 压板 后 再 同制作 单 面铝 基板 工艺那样 制作 ,由于铝板 的热膨胀 系数 比较 大 ,压 板 后板子 收缩 比较大 ,尺 寸稳定 性 比较差 ,容 易造成 板 变形 。故 先 将 双 面板 制作 完 成 ,然 后 再压 合 ,相对 图形和 孔 的位 置 同步进行 变化 。对 不 同公 司 的压 合板数据 进行 测量 ,会 有相 当大 的变化 ,所 以在 采 用 此 方 法 制 作 时 , Panl尺 寸 最 好 不 要 超 过18X16inch,避免 尺寸 变化过 大 ,对后 制程和 客户 装 配造成 一定 的影 Ⅱ向。 2。铝 基板 和 双 面 板 压 合 完成 后 ,虽调 整 压 合 参 数 ,控制流胶速率 ,但难免有盲孔内的胶流在表面 PAD上 ,如 不 能 有 效 除去 ,则 影 Ⅱ向客 户 贴 件 。 一般 FR4可采 用 浓硫酸 除胶 ,但对 于铝 基板 只 能采 用专 用 的磨板 机将PAD表 面树脂 打磨干 净 ,采用 浓硫酸可 能 对铝面和保护膜造成腐蚀。一般来说 ,磨树脂的专用 磨 板 机 价 格 相 对 较 高 ,故 如 有 大批 量 双 面 铝基 板 订 单 ,需考 虑设备前期投 资。 3.打靶 。压合完成后 因表面无通孔 ,故采用打靶 的 方式制作两个绿油丝印管位孔 ,方便后工序 制作 。 B.夹心铝基双 面印制板(见 图5、6)

铝基板制作工艺

此工 艺流程制作 要点 : 1.铝板钻 孔 :钻 孔孔径 需要 比第 二次钻孔 孔径大 0.3~O4mm,这 样设计 的 目的是第二 次钻孔 时可以直 接钻 在导热绝缘层 ,以便 孔的金属化 :  2.铝 板压合 :铝板 压合 需要注 意 的是压 合参 数需要根据不同供货商导热绝缘层的P片特性来决定。另 外不同P片供货商对铝基板表面处理要求不一样 ,为 了增强铝面同绝缘层的结合力,大部份供货商要求铝 表面 要做 阳极氧 化 处理 ,就是利 用 电化 学原理在 铝基 表 面 覆 盖 一 层 均 匀 绝 缘 的氧 化膜 ,膜 厚 ~ 般 大 于 10um。 当然有 些供 货商 P片可 以不要 求铝面 处理 ,同 样可以达到相应的性能 ,如台湾聚鼎绝缘导热P片, 还有 贝格斯P片: 3.对位 :由于铝板第一次 已经完成钻孔 ,故在压合 后第 二次钻孔时 ,需要同第一次钻孔同心 ,否则容易产 生钻偏 ,导致短路报废 ,所以各公司需根据本公司钻机 的对位方式进行设计 ,避免此 问题造成报废 ; 4.当完成 钻孔后 ,此铝基板 就完全 变成 了一个双 面板 ,后 工序制作均 同普通 的双面板 ,并且 此种做 法 可以适 应任何 表面 处理。 4.3铝基 多层板 工艺 铝 基 多层 板 制作 基 本 上和 双面 铝 基 板 相 同 ,主 要是能够保证铝基钻孔和多层板钻孔成 为同心圆。 其它工艺制作 ,大同小异 ,根据客户的要求进行不 同的设计 。

五 、铝 基板质 量测 试 5.1外观检查 铝基板 孔 内和 边缘 不能有毛 刺 , 30 Jil1.2010NO.4 允许掉阻焊 ,铝基材表面不允许有氧化、手指印、玷 污 变黑 、凹点、划痕 等质量缺 陷。另 外客户 一般 不 允 许用刀修理,以免伤到绝缘层 ,相对于FR4线路板客 户要 求更加严格 。 5.2铝基板主要信赖 度测试 (见表4) 下图 为我 公司采用莱 尔得 导热绝缘层 制作盲 孔双 面铝基板 图片,表面 处理 为沉 镍金 :(见图7)

铝基板制作工艺

表4铝基板主要信赖度测试 N0. 测试项 目 实验方法 判定标准 S rPdD焊锡性 95% 1 焊锡性实验 260±5℃ . 支撑 L焊锡≥75% 5±1S 无爆板。 甩绿油等其它质量问题 2 耐热实验 288±5℃ 不可有爆板 ,镀层分离 , 30S1次 甩绿油 3 板翘曲度 JPC—TM一65O 一般要求0.5%, 具体可根据客户要求 电源 、通信产品的客户会要 d 高压击穿实验 lPC求'fSN压测试 ,有的要求 TM-650 300Glv般要求1500V-2500V 左右 ,时间大约5—10S 根据供货商及权威检测部门 5 导热系数测试 ASTM,D5470 提供导热层数据进行判定。 满足客户要求 根据供货商及权威检测部 门 6 热阻测试 ASTM.D5470 提供导热层数据进行判定 , 满足客户要求 ★备 注:ASTM为美国材料试验标准 线路 面 铝基 面 图 7 

六 、总结 

铝基板导热性好,电磁屏蔽性能佳,且重量轻 , 已成 为金 属基 板 的首 要 选 择 。在 LED产 业 的兴 起 之 下 ,铝基板 也必将推 动线 路板 的发 展 ,将 受到更 多客 户 的青 睐 ,铝基板 的制作 技术也 必然有新 的飞跃 。让 我们 共 同努力 ,不断提升 印刷线路板 制作技 术 ,提高 产 品质量 ,降低 制作 成本 ,推 动线 路板产业 更好 、更快的发展 。

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