一種高散熱銅基印制電路板制造探索

孟昭光 趙南清

（東莞市五株電子科技有限公司，廣東 東莞 523290 ）

1 產(chǎn)品背景

近年來(lái)LED產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，但散熱問(wèn)題一直困擾LED，尤其是大功率LED在照明領(lǐng)域中的應(yīng)用和發(fā)展。金屬基板[1]散熱性好，為有效解決LED散熱提供了新的思路和途徑。在金屬基板中又以銅基板的散熱效果最好（比鋁、鐵更好），拓寬了金屬基板在散熱領(lǐng)域的應(yīng)用，是PCB的一個(gè)重要分支，市場(chǎng)前景廣闊。

HDI銅基汽車板對(duì)導(dǎo)熱要求很高，普通FR4絕緣材料已不能滿足導(dǎo)熱要求，需要選擇導(dǎo)熱性絕緣層材料。材料由核心導(dǎo)熱成分為三氧化二鋁及硅粉和環(huán)氧樹(shù)脂填充的聚合物構(gòu)成，不含玻璃布，熱阻小粘性好，能夠承受機(jī)械力及熱應(yīng)力。

2 產(chǎn)品介紹

2.1 產(chǎn)品信息

本款HDI銅基汽車板產(chǎn)品是LED車燈上的一款產(chǎn)品，對(duì)散熱要求非常高。產(chǎn)品介紹內(nèi)容包括產(chǎn)品信息、CAM資料和疊構(gòu)、作業(yè)流程三部分。HDI銅基板的成品圖片（見(jiàn)圖1）。產(chǎn)品信息（見(jiàn)表1）。

圖1 成品（左：銅基面，右:表面電路）

表1 產(chǎn)品基本信息

2.2 產(chǎn)品資料及疊構(gòu)（見(jiàn)圖2）

圖2 產(chǎn)品工程資料及疊構(gòu)圖

2.3 作業(yè)流程

內(nèi)層：開(kāi)料→棕化減銅→鉆埋孔→LDD→去污沉銅→填孔電鍍→次外層干膜→AOI

外層：棕化→外層壓合→鑼板邊→外層干膜→外層AOI→防焊→顯影后烤→選擇印油→化金→退選印油→外層鉆孔→銑板→電測(cè)

3 產(chǎn)品重難點(diǎn)及解決方案

產(chǎn)品重難點(diǎn)及解決方案見(jiàn)表2，樣品制作結(jié)果完好。

4 技術(shù)難點(diǎn)攻關(guān)

4.1 壓合

制作難點(diǎn)：HDI銅基板的絕緣層采用低流膠導(dǎo)熱性材料，有缺膠風(fēng)險(xiǎn)，該材料不含玻璃布較脆，在40 ℃以上有一定粘性，材料特殊要求見(jiàn)表3。

4.2 鉆孔

制作難點(diǎn)：由于銅基板硬度大，鉆孔是銅基板制作難點(diǎn)之一。隨著鉆孔深度逐漸增大，鉆頭排屑逐漸出現(xiàn)不良，造成鉆孔斷鉆頭；轉(zhuǎn)速過(guò)高會(huì)有披鋒，過(guò)低會(huì)導(dǎo)致斷鉆頭或者卡死鉆機(jī)；進(jìn)刀速太快會(huì)造成鉆頭上產(chǎn)生巨大熱量無(wú)法及時(shí)散發(fā)出去，嚴(yán)重影響鉆頭的壽命。

解決方案：對(duì)于銅基板，鉆孔銅面朝上加蓋鋁片和墊板，適當(dāng)降低鉆孔速率，分5步鉆孔，3.0 mm以上孔工程資料設(shè)計(jì)擴(kuò)孔。具體鉆孔參數(shù)見(jiàn)表5。

4.3 銑板

制作難點(diǎn)：銅基板的材質(zhì)硬度大且延展性好，銑板是制作難點(diǎn)。銑板采用普通銑刀材質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致排屑不良，在銑刀的排屑槽內(nèi)大量堆積切屑，嚴(yán)重影響銑刀壽命和銑板毛刺；主軸轉(zhuǎn)速過(guò)低，會(huì)造成切削力低、毛剌大，而且容易斷刀；行進(jìn)速度越低，切削越充分，毛刺越小。

解決方案：從銑刀的材質(zhì)和形狀考慮選用鋁基板銑刀，硬度高、排屑好；銑板在工程資料設(shè)計(jì)2把銑刀，第1把刀預(yù)銑，預(yù)留0.1 mm空間，第2把刀精銑；降低銑板速率，全程噴酒精對(duì)銑刀降溫。

表2 產(chǎn)品重難點(diǎn)及解決方案

表3 材料特性要求

表4 壓合程式

表5 鉆孔參數(shù)表

銑板尺寸有一處鉆孔到SET邊距離為9.75±0.05 mm，公差超出銑板制程能力，通過(guò)調(diào)整銑板補(bǔ)償，SET尺寸做中值，挑合格尺寸交貨。銑板參數(shù)見(jiàn)表6。

4.4 異常分析及解決

銅基板制作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)壓合后X-RAY不能打靶，分析X-RAY不能打靶的原因是1.0 mm紫銅厚度太厚，X-RAY不能穿透紫銅識(shí)別靶孔。解決方案：降低打靶處的紫銅厚度，將銅基板貼膜曝光，對(duì)需要打靶的位置干膜開(kāi)窗，通過(guò)蝕刻將需要打靶位置的紫銅減薄至1/3左右，再到X-RAY打靶。制作結(jié)果：紫銅減薄至1/3左右，X-RAY可以穿透紫銅識(shí)別靶標(biāo)打靶。

5 制作結(jié)論

HDI銅基板因高導(dǎo)熱需求，采用低流膠高導(dǎo)熱絕緣層材料，紫銅厚度為1.0 mm，制作難度較大。銅基板的關(guān)鍵技術(shù)方面制作結(jié)果如下：（1）銅基板采用低流膠高導(dǎo)熱絕緣層，對(duì)壓合有特殊要求，經(jīng)過(guò)排版和壓合參數(shù)優(yōu)化，壓合結(jié)果料溫曲線和熱應(yīng)力測(cè)試合格。（2）經(jīng)過(guò)鉆孔參數(shù)優(yōu)化，對(duì)于3.0 mm及以上孔徑工程設(shè)計(jì)擴(kuò)鉆，鉆孔參數(shù)并分5段，鉆孔速率降低，鉆孔結(jié)果孔粗及孔口披鋒小，品質(zhì)合格。（3）經(jīng)過(guò)銑板參數(shù)優(yōu)化，先預(yù)銑再精銑，選用鋁基板銑刀，降低銑板速率，對(duì)銑刀降溫，結(jié)果邊界光滑，品質(zhì)合格。（4）銅基板壓合后不能打靶，通過(guò)對(duì)靶標(biāo)處紫銅減薄至1/3后，X-RAY可以識(shí)別靶標(biāo)打靶。另外，考慮后續(xù)的優(yōu)化如下：（1）銅基板的銑板發(fā)熱量很大，過(guò)程需要不停噴酒精對(duì)銑刀降溫，而且單人單軸制作效率低，最佳方案引進(jìn)專用鋁基板銑機(jī)設(shè)備；（2）目前的X-RAY打靶設(shè)備尚不能對(duì)1.0 mm厚度紫銅的銅基板打靶，可以在壓合前對(duì)紫銅將靶孔及鉚合孔鉆出，壓合后可以省去打靶工序。