折彎式熱電分離鋁基板項(xiàng)目技術(shù)研究

劉灼扶

摘 要：文章通過介紹折彎式熱電分離鋁基板的性能要求，論述鋁基板的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工藝生產(chǎn)流程，并對(duì)鋁基板的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行了論證。

關(guān)鍵詞：鋁基板；折彎式；熱電分離；生產(chǎn)工藝

中圖分類號(hào)：TG174 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）26-0091-03

Abstract： This paper introduces the performance requirements of bent thermoelectric separation aluminum substrate， discusses the product structure and process flow of aluminum substrate， and discusses the related indexes of aluminum substrate.

Keywords： aluminum substrate； bending type； thermoelectric separation； production process

1 概述

鋁基板的工作原理是，功率器件貼裝在電路層上，器件工作時(shí)所產(chǎn)生的熱量是通過介質(zhì)絕緣層快速傳導(dǎo)到金屬基層，再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[1]。鋁基板的導(dǎo)熱系數(shù)是評(píng)價(jià)鋁基板質(zhì)量好壞一個(gè)重要的指標(biāo)之一，另外兩個(gè)重要因素分別是鋁基板熱阻值和鋁基板的耐壓值。而本次實(shí)驗(yàn)的目的，主要是從澆銅鋁基板的銅層凸銅設(shè)計(jì)和基板折彎方面進(jìn)行研究，從而評(píng)估產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可行性。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備

原材料：澆銅鋁基板（鋁面貼有耐高溫保護(hù)膜），AD純膠，PI（Polyimide）無膠銅，干膜，全套菲林，阻焊油墨。

設(shè)備：自動(dòng)開料機(jī)，滾軸切割機(jī)，激光切割機(jī)，VCP板電線，自動(dòng)貼膜機(jī)，半自動(dòng)曝光機(jī)，水平顯影+蝕刻+退膜線（DES 線），AOI掃描機(jī)，烘爐，切片研磨機(jī)，金相顯微鏡，阻焊絲印機(jī)，自動(dòng)打靶機(jī)，東臺(tái)數(shù)控鉆孔機(jī)，自動(dòng)U-CUT機(jī)，恩德鑼機(jī)，飛針測試機(jī)，電子變壓器。

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）使用自動(dòng)開料機(jī)將澆銅鋁基板按250×400±1mm

進(jìn)行切割開料，使用滾軸剪切機(jī)將AD純膠，PI無膠銅按照250×400±1mm進(jìn)行切割開料；（2）對(duì)澆銅鋁基板銅層切片分析，對(duì)于銅層厚度未達(dá)到140±10um，需要進(jìn)行加厚銅；（3）將澆銅鋁基板的銅面壓干膜，用黑菲林藥面緊貼在鋁基板的干膜上，進(jìn)行對(duì)位，曝光，顯影和蝕刻，蝕刻參數(shù)按1.25米/分鐘，蝕刻后銅層呈現(xiàn)出凸臺(tái)，并做切片分析；（4）使用激光切割機(jī)對(duì)AD純膠和PI無膠銅板進(jìn)行切割，按要求切割凸銅開窗位和定位銷釘孔，注意開窗尺寸比澆銅鋁基凸銅長、寬尺寸單邊大200um，而定位孔按1：1切割，切割后的開窗和定位孔要求光滑，毛邊≤0.1mm；（5）將AD純膠通過貼合方式轉(zhuǎn)移到無膠銅的PI面上，再將PI無膠銅復(fù)合面板與有凸銅的澆銅鋁基板進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，并放置在快壓機(jī)內(nèi)進(jìn)行壓合。控制方式，開始升溫段0-140℃壓力90kg60秒，中段140-160℃壓力110kg 30秒，后段180℃ 壓力140kg 300秒，壓合后檢查溢膠和板面平整情況；（6）在樣板經(jīng)過快壓和壓合后，進(jìn)行后工序制作，并做開短路測試和OSP表面處理，并對(duì)成品進(jìn)行銅凸臺(tái)切片分析和熱沖擊測試，條件288℃×10秒×3次，檢查有無分層和起泡現(xiàn)象；（7）使用電子變壓器對(duì)成品進(jìn)行彎曲前后的耐壓測試，爬升速度500V/S電流≤5mA時(shí)間30秒。

3 分析與討論

澆銅鋁基，全稱半熔態(tài)無氧鑄造銅鋁板，在高溫高壓無氧條件下，使銅復(fù)層與鋁基體達(dá)到冶金結(jié)合，具有結(jié)合強(qiáng)度高，性能好，密度小等特點(diǎn)。結(jié)構(gòu)如圖1，銅層采用T2純銅，具有良好的可焊性，導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性能，鋁基體成分牌號(hào)為1100[2]，具有良好的散熱性和機(jī)械加工性能，熱導(dǎo)率（20℃）達(dá)到294W/m·k，適合90度角折彎，比普通單面鋁基板有更高熱導(dǎo)率，比熱電分離銅基板有更低的制作成本。

為了確保澆銅鋁基板的銅層厚度能夠足以滿足蝕刻的深度，蝕刻后的銅層凸臺(tái)高度要達(dá)到80-100um，需要確保蝕刻前銅層的厚度達(dá)到140±10um要求，經(jīng)過切片分析銅層厚度只有92.2um，如圖2所示，未達(dá)到要求。因此需要將銅層進(jìn)行40-50um整板加厚銅電鍍，電流密度20AFS，時(shí)間1.5小時(shí)[3]，經(jīng)切片分析銅層厚度達(dá)到137.50um，如圖3所示，符合設(shè)計(jì)要求。

經(jīng)過蝕刻后的銅層凸銅如圖4，銅面不能存在有突出的顆粒，否則會(huì)對(duì)壓合造成影響，通過AOI檢查篩選出合格的基板。銅層經(jīng)過切片分析，如圖5所示，銅層總厚度134.44um，剩余厚度44.0um，從而計(jì)算出銅層凸出的高度為90.44um，符合設(shè)計(jì)要求。

AD純膠與PI無膠銅板通過激光切割后進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)、貼合，操作過程中需要注意細(xì)節(jié)，如圖6所示。膠轉(zhuǎn)移后需要檢查板面是否平整，防止出現(xiàn)折皺和氣泡。因?yàn)檎郯檿?huì)造成外層線路的曝光不良，產(chǎn)生蝕刻幼線，而氣泡則會(huì)令壓合過程中出現(xiàn)分層現(xiàn)象。

以下為壓合疊板結(jié)構(gòu)，如圖7所示，完成壓合后檢查是否有溢膠現(xiàn)象，溢膠要求不能超出并高于凸銅臺(tái)，如果存在溢膠，需要進(jìn)行清除。通過計(jì)算，CU層，PI層，AD層合計(jì)約85um，與凸銅90.44um相差5.44um，符合設(shè)計(jì)要求。

壓合完成后，還需要進(jìn)行其他工序的生產(chǎn)。其中線路制作，要求控制線寬和線距、開短路等缺陷[4]；阻焊制作，使用太陽PSR-4000 WT05阻焊白油，注意對(duì)位要準(zhǔn)確，顯影后PI是否存在上阻焊掉油；外形加工，打靶和鉆孔精度控制、U-CUT深度、寬度控制，而且不能壓傷板面線路層，如圖8所示。

經(jīng)過飛針測試和OSP表面處理，已經(jīng)完成成品的制作，但需要對(duì)成品的凸銅臺(tái)做切片分析，檢查銅臺(tái)與線路的高度差，是否會(huì)影響SMT貼片封裝生產(chǎn)。如圖9所示，通過金相顯微鏡要求≤30um，實(shí)際測量18.2um，符合品質(zhì)要求。

對(duì)成品進(jìn)行熱沖擊和耐壓測試[5]，評(píng)估產(chǎn)品的可靠性如表1所示，根據(jù)測試數(shù)據(jù)顯示，符合品質(zhì)要求。

產(chǎn)品合格率分析，此次實(shí)驗(yàn)共投料10PNL，每panel有33pcs，合計(jì)330pcs，報(bào)廢26pcs（其中開短路4pcs、實(shí)驗(yàn)2pcs、焊盤缺損20pcs），合格率92%。

4 結(jié)束語

綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，主要體現(xiàn)在創(chuàng)新采用澆銅鋁、PI無膠銅和環(huán)氧AD純膠結(jié)合，實(shí)現(xiàn)可折彎式熱電分離基板設(shè)計(jì)，經(jīng)過成品檢測，符合熱沖擊和耐壓測試等品質(zhì)要求，適合大功率器件的封裝。對(duì)于純紫銅凸臺(tái)和環(huán)氧樹脂面板結(jié)合的熱電分離設(shè)計(jì)，整體材料價(jià)格較高，雖然導(dǎo)熱率達(dá)到400W/m·k，但不具有折彎特性，不便于立體線路的設(shè)計(jì)[6]；而對(duì)于3D杜邦單面基板，雖然可以實(shí)現(xiàn)折彎性能，但導(dǎo)熱率只有0.24W/m·k，無法用于大功率器件的封裝。因此，金屬化新工藝與新方法的探索，是未來該領(lǐng)域重要研究的方向。

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