鋁基夾芯印制板制作工藝探討

唐宏華

深圳市金百澤電子科技股份有限公司

陳裕韜

惠州市金百澤電路科技有限公司

1 前言

隨著LED市場(chǎng)的不斷發(fā)展，金屬鋁基PCB板的需求越來越多，同時(shí)伴隨著電子技術(shù)的高密度發(fā)展趨勢(shì)，傳統(tǒng)的單面鋁基板或單面元器件貼裝已難以滿足市場(chǎng)需求，這就迫切需要開發(fā)能滿足雙面貼裝的高密度互連鋁基夾芯印制板制造技術(shù)。

這種集金屬高導(dǎo)熱性和盲埋孔高密度設(shè)計(jì)于一體的夾芯制造技術(shù)，將有效解決大功率元件或因元器件過于集中所帶來的散熱問題，極大提高產(chǎn)品的安全及可靠性，在LED、高散熱電子設(shè)備、大功率電源模塊等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，面臨廣闊的發(fā)展前景。

但由于鋁基固有之金屬特性，相對(duì)于PCB以銅基為加工主體來說，在加工方法和藥水兼容性方面仍面臨較多的技術(shù)瓶頸，本文即對(duì)此夾芯技術(shù)加工難點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述。

2 多層鋁基夾芯印制板制造工藝

2.1 基本加工信息

樣板為四層盲埋孔鋁基夾芯印制板，L12和L34芯板對(duì)壓，銅厚68.6 μm，鋁基夾芯厚度2.0 mm，有金屬化通孔，其疊層結(jié)構(gòu)如下：

2.2 加工難點(diǎn)解析

（1）鋁基同心圓設(shè)計(jì)：電絕緣與散熱性能的綜合考量；

（2）鋁基同心圓樹脂填膠：傳統(tǒng)印刷方式堵孔難以有效填充，需研發(fā)新的填膠工藝；

（3）鋁基表面粗化：工藝對(duì)比測(cè)試，改進(jìn)并提高層壓結(jié)合力及耐熱性；

（4）鋁基封邊保護(hù)：防止腐蝕污染槽液。

2.3 工藝加工流程

2.4 工藝加工方法

2.4.1 鋁基同心圓設(shè)計(jì)

由于鋁基僅作為散熱塊而埋入PCB內(nèi)部，并不做為接地層使用，因此在金屬化通孔的位置需預(yù)先設(shè)計(jì)隔離環(huán)即同心圓。

同心圓采用鉆孔方式，根據(jù)外層通孔文件單邊預(yù)大0.5 mm做補(bǔ)償，需注意的是工程在處理鉆孔文件時(shí)需同時(shí)將板邊的所有工具孔及尾孔做預(yù)大處理，，否則孔內(nèi)鋁基在沉銅電鍍時(shí)難以全面防護(hù)，會(huì)導(dǎo)致藥水腐蝕--污染槽液及板面。

2.4.2 鋁基同心圓樹脂填膠

由于鋁基同心圓鉆孔后其空洞區(qū)域較大（2.0 mm ～ 4.2 mm直徑），直接壓合會(huì)造成孔內(nèi)缺膠，影響孔壁的電氣絕緣性能，因此總壓前需將同心圓100%有效填充。而對(duì)于類似埋孔設(shè)計(jì)，業(yè)界常用樹脂塞孔的方法進(jìn)行填充，但此工藝通常僅局限于0.2 mm ～ 0.5 mm的小孔，對(duì)于板厚2.0 mm，鉆刀2.0 mm ～ 4.2 mm大孔來說，用傳統(tǒng)印刷方式堵孔將難于實(shí)現(xiàn)，只能望洋興嘆。

面對(duì)這一業(yè)界難題，我司研發(fā)小組進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)，并測(cè)試了填充PP粉等手工方式，最終經(jīng)對(duì)比測(cè)試和綜合評(píng)估，采用研發(fā)改進(jìn)的的真空壓膠技術(shù)有效解決了超大孔徑填膠困難的技術(shù)難題，在鋁基夾芯技術(shù)上取得了重大突破。

鋁基同心圓填膠方法

鋁基同心圓壓膠后效果

2.4.3 鋁基表面粗化

由于鋁基表面極易鈍化且其獨(dú)有的金屬特性，壓合前并不能像PCB常規(guī)工藝一樣對(duì)內(nèi)層表面進(jìn)行黑棕化處理，因此與樹脂的結(jié)合力相對(duì)較差，熱沖擊易出現(xiàn)爆板分層。

針對(duì)這一技術(shù)瓶頸，研發(fā)小組收集了業(yè)界大量資料進(jìn)行技術(shù)分析，經(jīng)綜合比較并結(jié)合我司現(xiàn)有設(shè)備配置，最終選取研發(fā)改進(jìn)的鋁基復(fù)合表面處理工藝進(jìn)行表面粗化，經(jīng)驗(yàn)證其性能可靠，熱沖擊無爆板分層。

鋁基表面粗化方式

2.4.4 鋁基封邊工藝

由于鋁基不耐酸堿等化學(xué)藥水，如鋁基壓合后直接鉆孔沉銅，則四周側(cè)壁裸露的鋁基在后續(xù)沉銅電鍍時(shí)會(huì)造成嚴(yán)重腐蝕，直接污染槽液及板面，即使貼保護(hù)膠帶也難以有效防護(hù)，因此壓合前還需制作與鋁基等厚的保護(hù)邊框進(jìn)行壓合封邊處理。

2.4.5 鉆孔參數(shù)

鉆孔對(duì)品質(zhì)影響較大，不當(dāng)?shù)你@孔參數(shù)可能會(huì)造成嚴(yán)重孔偏或孔壁樹脂被拉裂，最終影響同心圓的電氣絕緣性能，因此鋁基夾芯鉆孔應(yīng)優(yōu)選新刀和高精度的設(shè)備來加工，以確保良好的孔壁質(zhì)量。

鋁基夾芯技術(shù)除上述5點(diǎn)特殊設(shè)計(jì)和加工要求外，CNC也需特別留意（易斷刀），其它制程與常規(guī)PCB加工類同，按標(biāo)準(zhǔn)流程做至成檢即可。

2.5 小結(jié)

通過鋁基夾芯技術(shù)研發(fā)，采用工藝改進(jìn)的鋁基夾芯制作流程及方法，有效解決了鋁基結(jié)合力差及超厚鋁基同心圓填膠困難等業(yè)界常見的技術(shù)難題，成功地實(shí)現(xiàn)了多層鋁基夾芯印制板的加工生產(chǎn)，經(jīng)測(cè)試其電性能符合要求，熱沖擊試驗(yàn)無爆板分層，完全能滿足客戶的特種需求。

3 結(jié)論

本文提供了一種鋁基夾芯盲埋孔印制電路板的生產(chǎn)加工方法，并通過工藝改進(jìn)，有效解決了業(yè)界常見的技術(shù)難題：

（1）特有的鋁基真空壓膠技術(shù)，可解決更厚更大孔徑的鋁基同心圓填膠；

（2）特有的鋁基表面復(fù)合處理方法，提高層壓結(jié)合力及可靠性；

（3）特有的鋁基封邊保護(hù)工藝，防止藥水腐蝕--污染槽液及板面。

4 結(jié)語

金屬基板由于其良好的散熱性及尺寸穩(wěn)定性，越來越受到業(yè)界的關(guān)注和重視，相信隨著電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，金屬夾芯制造技術(shù)也會(huì)日新月異，其應(yīng)用領(lǐng)域也會(huì)越來越廣泛；本文拋磚引玉，僅供同行借鑒和參考，不足之處請(qǐng)大家指正。