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金屬基板板材料

 赫堇軒 2013-07-06

金屬基板板材料  

2009-09-02 09:02:56|  分類: 默認(rèn)分類 |字號 訂閱

 

金屬基板的定義、結(jié)構(gòu)與品種分類

 金屬基板的定義

由金屬層(鋁、鋁合金、銅、鐵、鉬、矽鋼等金屬薄板)、絕緣介質(zhì)層(改性環(huán)氧樹脂、PI樹脂、PPO樹脂等)和銅箔(電解銅箔、壓延銅箔等)三位一體復(fù)合制成的金屬基覆銅板(Metal Base Copper Clade Laminates),并在金屬基覆銅板上制作印制電路的一種特殊印制電路板,它被稱為金屬基印制電路板,簡稱為金屬基板(MCPCB)。各種金屬基板實例見圖。金屬基板實例圖·

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確切的按照構(gòu)造講,僅在金屬板表面形成絕緣層,并在其上的導(dǎo)電層形

成電路圖形(即單面電路圖形)的,稱為金屬基印制電路板(簡稱為金屬基板)。而在金屬板表面和背面全部形成絕緣層,并在兩面絕緣層上的導(dǎo)電層都形成電路圖形(即雙面電路圖形)的,稱為金屬芯印制電路板(簡稱為金屬芯基板)。近年來在金屬基板的基礎(chǔ)上,又派生出不少種類的復(fù)合基板。如樹脂-陶瓷復(fù)合基板;樹脂-多孔陶瓷復(fù)合基板;樹脂-硅復(fù)合基板、金屬基-包覆絕

緣層復(fù)合基板等。

基板的生產(chǎn)與應(yīng)用的發(fā)展

金屬基板以其優(yōu)異的散熱性能、機械加工性能、電磁屏蔽性能、尺寸穩(wěn)定性能、磁力性能及多功能性能,在混合集成電路、汽車、摩托車、辦公自剪化、大功率電器設(shè)備、電源設(shè)備等領(lǐng)域,得到了越來越多的應(yīng)用,特別是在LED封裝產(chǎn)品中作為底基板得到廣泛的應(yīng)用。所示了金屬基板在LED中充當(dāng)封裝基板的應(yīng)用情況。金屬基板作為LED的封裝基板的應(yīng)用與安裝結(jié)構(gòu)圖

金屬基板板材料 - jasonma829 - jason的博客盡管金屬基板在LED封裝廣泛只有很短歷史,由于它的散熱性、加工性等好于一般的陶瓷基板,它已經(jīng)目前一般LED封裝用的主流基板。并在LED封裝方面的應(yīng)用量,已超過其它上述的應(yīng)用領(lǐng)域需求量??梢灾v,LED產(chǎn)業(yè)的形成和發(fā)展造就了金屬基板行業(yè)的壯大發(fā)展。金屬基板的品種分類

(1)從金屬基板的結(jié)構(gòu)上劃分,常見的有三種,即金屬基板、包覆型

金屬基板和金屬芯基板(見圖),其中金屬基板是最常見,用量最多的

一種。

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金屬基板是以金屬板(鋁、銅、鐵、鉬等)為基材,在其基板上覆有絕緣介質(zhì)層和導(dǎo)電層(銅箔)。包覆型金屬基板是在金屬板的六面包覆一層釉料,經(jīng)燒結(jié)而成一體的底基.在此上經(jīng)絲網(wǎng)漏引、燒結(jié)、制成導(dǎo)體電路圖形。金屬芯基板一般由銅和鋁作芯材,在其表面涂覆一層有機高分子絕緣介質(zhì)層,或?qū)⑵鋸?fù)合在半固化片上或PET薄膜之中,覆上導(dǎo)體箔(有的用加成法直接形成導(dǎo)電圖形)。 從金屬基板的結(jié)構(gòu)劃分的常見三個品種的結(jié)構(gòu)金屬基板、包覆型金屬基板和金屬芯基板在應(yīng)用特性上的對比見表所歸納。

 

電路形成

耐電壓

最高使用溫度

特性

主要用途

導(dǎo)體

形成法

金屬基板

Cu

蝕刻

環(huán)氧樹脂:> 3 kV  PI樹脂:> 6 kV

200℃

無磁性 ·輕·與印制線路板采用通用設(shè)備·尺寸穩(wěn)定性好·也可進行彎曲加工·可以采用大通孔方式

LED·音頻放大電路

包覆型金屬基板

Pd-Cu

絲網(wǎng)印刷

20-32V/um

675 ~ 900℃

可形成閉合磁路,但鐵中發(fā)生磁應(yīng)變·對于大塊基板來說,比陶瓷基板便宜·加工成形簡單·在通及基板四周邊包覆玻璃釉時,難于做到很平滑·應(yīng)防止堿金屬離子在玻璃釉中遷移。介電常數(shù)(約6.5)較高·單面包覆玻璃釉時,散熱性好

閃光燈

金屬芯基板

Cu

電鍍/絲網(wǎng)印刷

50V /μm

約100 ~ 150℃

·電路圖形形成使用干膜光刻膠·通孔孔徑及孔盤寬度 ≥0. 5mm·最小導(dǎo)體線寬0 3mm,間距 06mm·與普通印制線路板相比,開關(guān)時間減小,可組成磁回路并具有磁屏蔽功能等

交換器

開關(guān)

(2)按金屬基板的組成可劃分為:

①金屬鋁基板:②金屬鐵基板;③金屬銅基板:④金屬鉬基板;⑤金屬鋁合金基板等。

鋁基板具有高散熱性,機械強度高加工性好的優(yōu)點。但它所制的PCB,在裝配有開關(guān)元件及電源、功放元件的部位上,工作時發(fā)生噪音。鋁基板與其它金屬基板相比,相對線膨脹系數(shù)較大。為了解決上述問題,達(dá)到PCB高密度布線和降低、消除噪音發(fā)生,近年出現(xiàn)廠二層結(jié)構(gòu)的鋁基板。鐵基板具有其它金屬基板所不具備的電磁特性,并且尺寸穩(wěn)定性好、價格低的優(yōu)點。它也存在著重量、耐腐蝕、熱傳導(dǎo)性比鋁、銅基板差的問題。鐵基板主要分為三大類:①不銹鋼基板。它的絕緣層是高溫?zé)频暮衲げA?。?dǎo)體層是經(jīng)印刷導(dǎo)體材料(Ad一Pd)后,燒制而成的。板的機械強度高于陶瓷基板。但熱沖擊和機械沖擊性較差。② 鐵基板。鐵板做基板,

為防止鐵生銹,有進行鍍鋁和鍍鋅處理的兩類板。它們的絕緣層由環(huán)氧樹脂、環(huán)氧玻璃布等組成。絕緣層厚40一150um 。 ③低碳鋼板做芯的外表為釉材不的包覆型金屬基板。銅基板具有高散熱性,作為底基板的接地連接性好的優(yōu)點。但存在著重量大、難于進行端面防氧化處理等缺點。

三種不同金屬基材的金屬基覆銅箔板,所制出的PCB(金屬基)與其

它PCB基材在熱物理性方面的對比見表.

            三種不同金屬基板在熱物理性方面的對比

材料名稱

熱傳導(dǎo)率W/m℃

相對密度Kg/m 3℃

比熱J/ kg-℃

熱擴散率mm2 /s

熱阻℃/W

元器件上升溫度發(fā)熱5W

金屬鋁基板 (板厚 1.0mm)

237

2688

0.905

96.8

2.8

14℃

金屬銅基板

398

8880

0.368

117

-

 

金屬鐵基板 (板厚 1.0mm)

80.3

7870

0.442

22.7

4.6

23℃

環(huán)氧-玻纖布基PCB(板厚 1.2 mm)

0.3

1850

1.1

0.14

14

70℃

鋁-陶瓷復(fù)合基板

36

3896

0.779

11.89

   
             
             

注*::熱擴散率=熱傳導(dǎo)率一(密度x定壓比熱)。是表示在材料內(nèi)溫度變化

傳送速度的一個參數(shù)。熱擴散率大者,溫度變化速度快。

 

(3)按金屬基板的性能可劃分為:

① 通用型金屬基覆銅板:

② 阻燃型金屬基覆銅板:

③ 高耐熱型金屬基覆銅板:

④ 高導(dǎo)熱型金屬基覆銅板:

⑤ 超高導(dǎo)熱型金屬基覆銅板;

⑥ 高頻、微波型金屬基覆銅板;

⑦ 多層金屬基覆銅板等。

(4)按金屬基板的樹脂絕緣不同劃分

各種金屬基板的樹脂絕緣層是有所不同樹脂的組成。例如:有環(huán)氧樹脂、聚稀烴樹脂、聚酰亞胺樹脂(PI)、聚苯醚樹脂(PPE)等。它們所構(gòu)成的金屬基板在許多性能上,特別是在散熱性能、絕緣性能、耐熱性能等都有著不小的差異。我國電子行業(yè)軍用標(biāo)準(zhǔn)鋁基覆銅板規(guī)范中,根據(jù)其絕緣層結(jié)構(gòu)差異或產(chǎn)品特性差異將鋁基筱銅板分為三類

①通用型鋁基覆銅板。其絕緣層由環(huán)氧玻璃布粘接片構(gòu)成;

②高散熱鋁基覆銅板。其絕緣層由高導(dǎo)熱的環(huán)氧樹脂或高導(dǎo)熱的其它樹脂構(gòu)成;

③高頻電路用鋁基覆銅板。其絕緣層由聚稀烴樹脂或聚酰亞胺樹脂-玻璃布粘接片構(gòu)成。

鋁基覆銅板與常規(guī)FR-4覆銅板的最大差異在于散熱性。 1.5mm厚度常規(guī)FR-4覆銅板的熱阻與1. 5mm厚度三種鋁基覆銅板的熱阻對比,見表,由此可見,鋁基覆銅板的散熱性是普通FR-4覆銅板的20多倍。

表5-3 三種鋁基覆銅板品種的散熱性(熱阻)對比

三種鋁基覆銅板品種的散熱性(熱阻)對比

FR-4覆銅板

通用型金屬鋁基板

高散熱型金屬鋁基板

高頻電路用金屬鋁基板

20~ 22 ℃/W

1.8~ 2.0℃/W

1.0~ 1.5 ℃/W

1.8~ 2.0℃/W

 金屬基板的結(jié)構(gòu)組成

這里主要介紹LED常用的一般金屬基板的結(jié)構(gòu)組成_。一般金屬基覆銅箔板是由金屬板層 (鋁板等)、絕緣層(粘合劑層)和導(dǎo)

電層(銅箔)組成,由它制成的單面金屬基PCB。它的一般構(gòu)成見圖5-4。圖5-4 單面金屬基板的構(gòu)成

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金屬板層

金屬基覆銅箔板的底基材是金屬板,它的厚度通常為1.0;1.5; 2.0 mm厚。薄者還有 0.5mm也已在市場出現(xiàn)。功率模塊用金屬鋁基板,為了防止在封裝樹脂時基板產(chǎn)生變形、翹曲等,所以一般采用3.Omm厚金屬板。在構(gòu)成金屬板層的金屬板材有多個品種,如鋁、銅、鋁合金、鐵、鉬等。在不同的金屬板中,以銅材做為基板散熱性最好,它的熱傳導(dǎo)率高于其他金屬基板。由于銅材的密度大( 8.9 g/cm 3),價格高、易氧化且不符合基板材料向輕量化發(fā)展的趨勢,因此未被廣泛使用。只有制造超高散熱性金屬基板時才被采用。鋁板盡管散熱性較銅板差,但比鐵板好得多,且密度小、質(zhì)輕( 2.7 g/cm 3),可防氧化,價格較便宜,因此它是金屬基覆銅板中用途最廣、用量最大的一種金屬板材。在金屬基材品種的選擇上國外廠家一般采用“6061”、“5052 AL” 型的鋁板,國內(nèi)主要采用“1050”和“1060 AL”型的鋁板。在銅板材選擇上,國內(nèi)外一般采用 “C11000” 型的純銅板材,選擇它充當(dāng)金屬基材,對于解決高功率模塊散熱問題是有效的。當(dāng)前生產(chǎn)金屬基板的廠家很多都是在金屬鋁底基材表面兩側(cè),進行陽極氧化處理。處理層一般為20μm左右。

絕緣層

絕緣層配方及工藝是金屬基板最核心的技術(shù)。目前國際上技術(shù)領(lǐng)先的鋁基板絕緣層都是由高導(dǎo)熱、高絕緣的陶瓷粉

末填充而成的聚合物(主要是環(huán)氧樹脂)所構(gòu)成,這樣的絕緣層具有優(yōu)異的熱傳導(dǎo)性能(導(dǎo)熱系數(shù)1.3~2.2W/m-K),很高的絕緣強度,良好的粘結(jié)性能。金屬基板熱傳導(dǎo)性能越好,越有利于器件運行時所產(chǎn)生熱量的擴散,也就越有利于降低器件的運行溫度,從而達(dá)到提高模塊的功率負(fù)荷,減小體積,延長壽命,提高功率輸出等目的。需要提及的是,目前國內(nèi)的鋁基板,因自身的技術(shù)、設(shè)備、材料和資金等各方面因素的制約,其絕緣層均使用了商品化的FR-4半固化片(導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.3W/m-K),該絕緣層之中沒有添加任何的導(dǎo)熱填料,因此,這種鋁基板的絕緣層不具備熱傳導(dǎo)性,也不具備高強度的電氣絕緣性能。金屬基板的絕緣層除具有一般覆銅板所具有的技術(shù)要求之外,還需要滿足下列技術(shù)要求。① 高耐熱性,即要求絕緣介質(zhì)層所選用的樹脂體系必須要有較高的Tg。② 高散熱性,金屬基覆銅板最優(yōu)異的性能就是散熱性,因此要求絕緣介質(zhì)層具有良好的散熱性。③ 優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性。④ 絕緣介質(zhì)層要具

有良好的強度及柔韌性。⑤ 耐離子遷移性。⑥ 具有高的擊穿強度。金屬基板的絕緣層由樹脂(改性環(huán)氧樹脂、改性PI、BT樹脂、導(dǎo)熱樹脂)、增強材料(玻璃纖維布、玻璃纖維紙、有機纖維、Al2O3纖維)、填料(導(dǎo)熱性填料)、固化劑、促進劑等以不同的方式組合而成,以滿足各種不同類型的金屬基板的要求。絕緣介質(zhì)層的厚度根據(jù)要求及用途的不同,一般控制在30~300 μm。特殊情況下,絕緣介質(zhì)層厚度可達(dá)1~1 .5 mm。由于金屬基板采用的樹脂體系和增強材料不同,而使基板的性能不同。對于高熱傳導(dǎo)性的鋁基板,由于在其絕緣介質(zhì)層中加入了導(dǎo)熱填料,使絕緣介質(zhì)層的熱傳導(dǎo)性有很大的提高。它的熱傳導(dǎo)性是一般環(huán)氧玻璃布板的15倍左右,是通用型鋁基板的5倍左右。如在絕緣介質(zhì)層中加入高導(dǎo)熱性或超導(dǎo)熱性的填料,或用導(dǎo)熱樹脂體系加上高導(dǎo)熱性的填料,那么,金

屬基覆銅板的熱傳導(dǎo)性將會大大提高。高導(dǎo)熱性的填料的選擇,是金屬基板絕緣介質(zhì)層組成設(shè)計中的重要部分.根據(jù)金屬基覆銅板所用金屬層的制備方式的不同,其金屬基板的結(jié)構(gòu)也有所不同??筛鶕?jù)結(jié)構(gòu)組成的差異分為兩類品種:一類是由絕緣樹脂膜形成絕緣層的金屬基板;另一類是傳統(tǒng)CCL生產(chǎn)方式的半固化片作為絕緣層的金屬基板,如采用環(huán)氧-玻璃布基(FR一4)的半固化片。目前金屬基板

發(fā)展的趨勢是采用前一類。由絕緣膜形成絕緣層的金屬基板的基板材料制備,有兩種:① 將選用的樹脂通過噴淋、刮涂、刷涂或漏印等方法涂覆于處理好的金屬板材的表面,制成半固化態(tài)的涂膠膜,再通過與銅箔疊合后,經(jīng)高溫壓合形成金屬基板。② 將所用的樹脂體系首先制成半固化態(tài)的絕緣介質(zhì)膠膜,再通過與銅箔疊合后,經(jīng)高溫壓合形成金屬基板。

導(dǎo)電層

導(dǎo)電層一般為銅箔材料。銅箔粗化面是經(jīng)過化學(xué)氧化處理過的,表面鍍鋅和鍍黃銅,目的是增加抗剝強度。鋁基覆銅箔板通常以35μm( 1盎司)厚的電解銅箔為主。也有采用9μm, 18μm, 70μm厚的銅箔。我公司提供的金屬基板使用的是電解銅箔,銅厚有1、2、3、4、6盎司五種。從制作精細(xì)線條考慮,板的銅箔越薄越好。從功率模塊等的大電流化和高效率化兩方面考慮,銅箔厚一些更好,在裝配有功率模塊、整流電源元器件的金屬鋁基板的基板材料中,有的廠家選用了105-300μm厚銅箔。

 金屬基板的性能

總述

在下表中,對金屬基板、常規(guī)PCB(FR-4基)、陶瓷基板在各種主要性能上作了對比??梢钥闯鼋饘倩逶谏嵝浴C械加工性、基板大型化、電磁屏蔽性方面表現(xiàn)優(yōu)異。而在高頻性方面是差的。這是因為它的一般電路容量很大約0.7PF/mm2)。若將金屬基板的絕緣層增厚6倍(約 0.29mm),電路容量還在0.17PF/mm2。因此直接采用它作為高頻電路用PCB基板,是不適宜的。另外,單獨采用金屬基板實現(xiàn)多層線路板的制作方面也是差的。但目前利用金屬基板做兩層或多層板的底基材,在它的上面覆有環(huán)氧玻璃布半固化片制成兩層板,甚至是多層板,也可達(dá)到很好的效果。這也是金屬基板今后發(fā)展方向之一。 金屬基板與常規(guī)PCB、陶瓷基板在特性上的對比金屬基板板材料 - jasonma829 - jason的博客

散熱性

隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展,電子產(chǎn)品的體積尺寸越來越小,功率密度越來越大,解決散熱問題是對電子工業(yè)設(shè)計的一個巨大的挑戰(zhàn)。金屬基板的散熱性優(yōu)異,這是此類板材最突出的特點。它無疑是解決散熱問題的有效手段之一。與傳統(tǒng)的FR-4相比,金屬鋁基板能夠?qū)嶙杞抵磷畹?,使基板具有極好的熱傳導(dǎo)性能。在電子元器件裝聯(lián)中采用金屬基板,可防止在PCB上裝載的元器件及基板的工作溫度上升。也可將電源、動放元件;大功率元器件、大電流開關(guān)元器件產(chǎn)生的熱量得到迅速地散發(fā)。與傳統(tǒng)的FR-4基PCB相比,金屬鋁基板能夠承載更高的電流(見圖。這是因為銅箔線路所產(chǎn)生的I 2R的熱損耗能被金屬基板更快擴散出去。由下圖也可以看出,由于金屬基板的散熱性高,大大提高了銅導(dǎo)線的熔斷電流。

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銅箔線寬與電流承載能力的關(guān)系

金屬基覆銅板的散熱性,主要取決于金屬基材的金屬種類,但也與它的絕緣層厚度、熱傳導(dǎo)性等有關(guān)。為了提高金屬基覆銅板的熱傳導(dǎo)性,需在絕緣層中加人導(dǎo)熱型填料。絕緣層越薄,金屬基板的熱傳導(dǎo)性越高,但絕緣層越薄,板材的耐壓性能就越低。因此用戶在選擇金屬基覆銅板時,

要對板材的熱傳導(dǎo)性能、耐電壓性能、絕緣性能等綜合考慮。絕緣層是鋁基板的核心的技術(shù),目前國際上領(lǐng)先的鋁基板絕緣層均由

高導(dǎo)熱、高絕緣的陶瓷粉末填充而成的聚合物(主要是環(huán)氧樹脂)所構(gòu)成,這樣的絕緣層具有很低的熱阻,很高的絕緣強度,良好的粘彈性,能夠吸收器件焊接和運行時所產(chǎn)生的機械及熱應(yīng)力。當(dāng)絕緣層的導(dǎo)熱系數(shù)高至一定程度,絕緣層厚度不同而帶來的熱阻的

差異就很小。因此,一味的追求絕緣層極高的導(dǎo)熱系數(shù)(8W/m-K以上),并沒有實際意義。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是:鋁基板絕緣層分別與銅箔和鋁板粘接,這兩個極薄的接觸界面完全由環(huán)氧樹脂(無導(dǎo)熱填料)所構(gòu)成,其厚度并不隨絕緣層厚度的不同而改變,也不隨絕緣層導(dǎo)熱系數(shù)的不同而改變。這兩層接觸界面的熱阻起主要作用。銅箔的厚度影響金屬基板的熱傳導(dǎo)能力,增加銅箔厚度,能夠提高金屬基板的熱傳導(dǎo)能力。

良好的機械加工性能

金屬基覆銅板具有高機械強度和韌性,此點大大優(yōu)于剛性樹脂類覆銅板和陶瓷基板。為此可在金屬基板上實現(xiàn)大面積的印制板的制造。重量較大的元器件可在此類基板上安裝。另外金屬基板還具有良好的平整度??稍诨迳线M行敲錘、鉚接等方面的組裝加工。在其制成的PCB上,非布線部分也可以進行折曲、扭曲等方面的機械加工。優(yōu)異

的尺寸穩(wěn)定性

對于各種覆銅板來說都存在著熱膨脹(尺寸穩(wěn)定性)問題,特別是板的厚度方向(Z軸)的熱膨脹,使金屬化孔,線路的質(zhì)量受到影響。其主

要原因是板材的線膨脹系數(shù)有差異,如銅的線膨脹為17×10-6/℃,而環(huán)氧玻纖布基板的線膨脹系數(shù)為(110~140)×10-6/℃。兩者相差很大,易造成基板受熱膨脹變化的差異,致使銅線路和金屬化孔斷裂或遭到破壞。而鐵、鋁基板的線膨脹系數(shù)分別為40×10-6/℃,50×1010-6/℃。它比一般的樹脂類基板小得多,而更接近于銅的線膨脹系數(shù),這樣有利于保證印制電路的質(zhì)量和可靠性。

電磁屏蔽性

為了保證電子電路的性能,電子產(chǎn)品中的一些元器件需防止電磁波的輻射、干擾,金屬基板可充當(dāng)屏蔽板起到屏蔽電磁波的作用。

 電磁特性

鐵基覆銅板的基板材料是具有磁性能的鐵系元素的合金(如矽鋼板、低碳鋼、鍍鋅冷軋鋼板等)構(gòu)成,利用它的這一特性將其應(yīng)用于磁帶錄音機(VTR)、軟盤驅(qū)動器(FDD)、伺服電機等小型精密電機上。此種金屬基覆銅板既起著PCB的作用,又起小型電機定子基板之功能。

產(chǎn)品原理

高導(dǎo)熱金屬基板說明金屬基板板材料 - jasonma829 - jason的博客
可提供印刷電路板作為散熱應(yīng)用
為一種熱傳接口,可將電子原件的熱能藉由基板快速傳遞出去, 加快散熱速度。

優(yōu)勢
可增進電子組件的壽命與可靠度



材料組成說明金屬基板板材料 - jasonma829 - jason的博客
高分子 (Polymer)
高導(dǎo)熱陶瓷填充物 (Ceramic)


無溶劑制程說明
一、使用混合制程,由高分子 + 填充物組成
二、連續(xù)式制程,射出成型
三、熱壓合制成

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優(yōu)點
使用無溶劑制程之綠色產(chǎn)品
有效率的制造流程,能夠輕易的切換,并制造出不同的產(chǎn)品


金屬基板的制造工藝
5.4.1 工藝過程
一般金屬基板的制造工藝過程如圖所示。根據(jù)它的構(gòu)造不同,其制備一般分為兩種工藝流程:
一種是首先在銅箔上制出樹脂膜(多為環(huán)氧樹脂膜或聚酰亞胺樹脂),形成半固化的樹脂膜絕緣層,再將附有樹脂膜的銅箔與經(jīng)表面處理的金屬板材一起放入壓機內(nèi)壓制成型,制出金屬基板。另一種與傳統(tǒng)CCL生產(chǎn)方式相同,首先制出通過浸膠的方式生產(chǎn)出半固化片,再與經(jīng)表面處理的金屬板材、銅箔一起高溫壓制出金屬基板;作為絕緣層的金屬基板。金屬基板的制造工藝過程金屬板材的表面處理

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    金屬基板的表面處理,是通過對金屬基板的表面進行化學(xué)及電化學(xué)處理,使之具有一定的粗糙度,并在其表面無成一定厚度的高絕緣性的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜。使該樹脂膜層具有高電阻、耐擊穿電壓等性能。
    以鋁基板的表面處理為例,它工藝的主要步驟如下:
①去油清洗;
②粗化處理;
③化學(xué)拋光(浸亮);
④高阻化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的形成;
⑤鈍化或防氧化處理。

    粗化處理作為基底材料的鋁板表面,應(yīng)具有一定的粗糙度。由于鋁底材及其表面的氧化鋁膜層均為兩性材料,可利用酸性、堿性或復(fù)合堿性溶液體系對鋁基底材料的腐蝕作用對其表面進行粗化處理。
    另外,粗化溶液中還需加人其它物質(zhì)和助劑,使其達(dá)到加快腐蝕速度、保證表面腐蝕均勻,生成均勻一致的粗化層;保證粗化溶液均勻、穩(wěn)定、可靠的目的。由于鋁底基材料中含有其它雜質(zhì)金屬,在粗化過程易形成無機化合物粘附在基板表面、因而要對表面形成的無機化合物進行分析。

    根據(jù)分析結(jié)果,配制相適應(yīng)的浸亮溶液,將粗化后的鋁基板置于此浸亮溶液中,保證一定的時間,從而使鋁板表面干凈并發(fā)亮。高阻化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的形成,實際上是借助于電解作用.在鋁板表面上形成一層氧化鋁薄膜的方法,可提高鋁板的表面硬度、耐磨性、抗腐蝕性和電氣逆緣性,并用于鋁板的染色和絕緣浸漬漆打底。鋁板的陽極氧化可分為多種方法,常用的可分為硫酸法、鉻酸法、草酸法。其中以硫酸法最優(yōu),應(yīng)用最廣泛。
    鋁基板材在以硫酸為主的電解液中進行直流陽極氧化時,兩極主要進行以下的反應(yīng): 陽極: 2Al+6OH—-6 e == Al2O3+3 H2O 6 OH—-6e == 3 H2O+ 3/2 O2 陰極: 2H+ + 2 e == H2 個將表面粗化并浸亮的鋁板作為陽極,鉛板作為陰極,分別掛人以硫酸為主的電解液中,通人直流電,鋁板表面即被氧化并形成多孔性氧化膜。在此電解液中還需加人一定量的特殊物質(zhì),可提高氧化膜的致密性,使之形成高阻氧化膜,并借助于加人的表面活性劑,增加溶液導(dǎo)電性的Al3+以及控制硫酸溶液的濃度、氧化時的電流密度、電壓、時間、溫度等.使其得到一定厚度的高阻化學(xué)轉(zhuǎn)化膜。
    鋁板經(jīng)陽極氧后,在其表面形成多孔性氧化膜,呈蜂窩狀。若不對其表面進行封閉處理,將會吸附大量的水分、塵埃、氣體等雜質(zhì),對鋁基覆銅板的耐熱性、耐浸焊性、擊穿強度等會有很大的影響。因此,必須對此進行封閉處理。一般采用封閉溶液或小分子量的絕緣浸漬漆對其進行封孔處理。絕緣層的制備在絕緣介質(zhì)層的制備過程中,要綜合考慮金屬基板所要求的技術(shù)性能。如導(dǎo)熱性、耐浸焊性、擊穿強度、介電性能、工藝的可靠操作性等,因此要嚴(yán)格控制下列工藝參數(shù)。
①絕緣介質(zhì)層的厚度及均勻性;
②絕緣介質(zhì)層的流動性;
③絕緣介質(zhì)層中揮發(fā)物的含量;
④絕緣介質(zhì)層中的樹脂含量。
    以絕緣樹脂膜形成絕緣層的金屬基板的樹脂膜制備為例:制作樹脂膜通常采用__________的方法有流延法、刮輥法、絲網(wǎng)漏印等。如果將樹脂體系制成和以往的CCL樹脂體系相比,具有固體含量大,粘度小,且具有良好的柔韌性的情況,就可采用連續(xù)化的涂膠方法。這種涂膠的工藝過程與裝置示意圖,如圖


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    涂膠根據(jù)膠液的粘度、固體含量和對膠層厚度的要求,用塞尺嚴(yán)格控制刮膠輥的間隙,確保左、中、右一致。對于常用的35μm銅箔,膠層厚度控制為110 μm~120μm較好。膠層太薄時,膠粘劑不能很好的浸潤鋁板和銅箔粗化面,會導(dǎo)致?lián)舸╇妷合陆?。而膠層過厚,因流動性過大而導(dǎo)致銅箔外觀凸凹不平。另外對于銅箔和鋁板來說,其粗糙度較大,容易被浸潤,所以膠層不必太厚。為保證產(chǎn)品質(zhì)量及實驗的可操作性,膠層厚度控制在120μm±10μm 為宜?;澹渲圃爝^程如圖
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金屬基板的熱壓成型
    金屬基覆銅板通常是用0.3~5 mm的金屬基板、絕緣介質(zhì)層、銅箔經(jīng)高溫高壓復(fù)合而成。在熱壓成型過程中要控制好下列工藝參數(shù):
① 根據(jù)樹脂體系及絕緣介質(zhì)的不同選擇合適的接觸壓力及初壓;
② 成型溫度;
③成型壓力:
④成型時間;
⑤升溫速率;
⑥排氣的次數(shù)、時間及時機的選擇。
    在上述工藝參數(shù)中,特別要控制好后兩個工藝參數(shù),后兩者對板材的耐熱性、耐浸焊性影響很大。金屬基板電路圖形的制作在金屬基覆銅板上進行電路圖形的制作基本上是與常規(guī)剛性PCB的制造工藝過程相同。但它也有一些特殊點。我司在制造金屬基板的電路圖形中,積累了一些工藝實施的經(jīng)驗,總結(jié)如下幾點:我司在制造銅厚為4.51盎司(140μm)的金屬鋁基板中,所遇到的以下難點: (1)工程設(shè)計線寬補償:因為銅厚,線寬要作一定補償,否則蝕刻后線寬超差,客戶是不接收的,線寬補償值要經(jīng)驗積累。
(2)印阻焊的均勻性:因為圖形蝕刻后線路銅厚超常規(guī),印阻焊是很困難的,跳印、過厚過薄客戶都不接受。如何印好這一層綠油也是難點之一。
(3)蝕刻:蝕刻后線寬必須符合客戶圖紙要求。殘銅是不允許的,也不能動刀子刮去,動刀子會刮傷絕緣層,引起耐壓測試起火花、漏電。
(4)機械加工:鋁基板鉆孔可以,但鉆后孔內(nèi)孔邊不允許有任何毛刺,這會影響耐壓測試。銑外形是十分困難的。而沖外形,需要使用高級模具,模具制作很有技巧,這也是作鋁基板的難點之一。外形沖后,邊緣要求非常整齊,無任何毛刺,不碰傷板邊的阻焊層。通常使用操兵模,孔從線路沖,外形從鋁面沖,線路板沖制時受力是上剪下拉,等等都是技巧。沖外形后,板子翹曲度應(yīng)小于0.5%。
(5)整個生產(chǎn)流程不許擦花鋁基面:鋁基面經(jīng)手觸摸,或經(jīng)某種化學(xué)藥品都會產(chǎn)生表面變色、發(fā)黑,這都是絕對不可接收的,重新打磨鋁基面客戶有的也不接收,所以全流程不碰傷、不觸及鋁基面是生產(chǎn)鋁基板的難點之一。有的企業(yè)采用鈍化工藝,有的在熱風(fēng)整平(噴錫)前后各貼上保護膜……小技巧很多,八仙過海,各顯神通。
(6)過高壓測試:通信電源鋁基板要求100%高壓測試,有的客戶要求直流電,有的要求交流電,電壓要求1500V、1600V,時間為5秒、10秒,100%印制板作測試。板面上臟物、孔和鋁基邊緣毛刺、線路鋸齒、碰傷任何一丁點絕緣層都會導(dǎo)致耐高壓測試起火、漏電、擊穿。耐壓測試板子分層、起泡,均拒收。
 

█ 導(dǎo)熱金屬基板(IMS)

欣聯(lián)鈦電子提供各種類型的,金屬基、銅箔,以及介電介質(zhì)的組合,以滿足大多數(shù)的單層導(dǎo)熱印刷線路板的設(shè)計需求。

 

  

圖示 1. 基板結(jié)構(gòu)

 

表 1. 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格

特徵

材料

類型

注釋

基板尺寸

 

405x610mm

 

金屬基

鋁 (1050, 5052)

0.3, 1.0, 1.5, 2.0mm

 

導(dǎo)熱絕緣層

環(huán)氧樹脂與無機填料聚合物

80, 100, 150μm

 

銅箔

電解銅

1oz

普通電路

2oz

強電流電路

3~6oz

強電流電路

 

█ TCB產(chǎn)品型號定義

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 █ 基本參數(shù)

 表 2. 基本參數(shù)

測試條件

TCB-2

100μm

測試方法

導(dǎo)熱率 [W/m-K]

C-96/25/65

3

ASTM D5470

C-96/25/65

2

T0-220

分解電壓 [AC KV]

C-96/25/65

> 3

JIS C 2110

E-1000/150

> 3

JIS C 2110

Floating on Solder bath, 260, 30 min

> 3

JIS C 2110

+150℃, 30min ~ -50℃, 30min, 1000cycles

> 3

JIS C 2110

C-1000/85/85

> 3

JIS C 2110

剝離強度 [N/cm]

C-96/25/65

>16

JIS C 6481

E-1000/150

>16

JIS C 6481

漂浮在焊錫池, 260℃, 30 min

>16

JIS C 6481

+150℃, 30min, -50℃, 30min, 1000次

>16

JIS C 6481

C-1000/85/85

>12

JIS C 6481

耐焊錫熱性 [minutes]

漂浮在焊錫池, 260℃

>60

 

分層(裂解)時間[minutes]

TMA

T260

>60

IPC-TM-650 2.4.24.1

T288

>30

T300

>2

吸水率 [%]

 

<0.5

IPC-TM-650 2.6.2.1

介電常數(shù)

C-96/25/65, 1MHz

4.5~5.0

IPC-TM-650 2.5.5.1

介質(zhì)損耗

C-96/25/65, 1MHz

0.021

IPC-TM-650 2.5.5.1

電容量 [μF/m2]

C-96/25/65

3.5~5.0

IPC-TM-650 2.5.5.1

表面電阻 [Ω]

C-96/25/65

>1015

IPC-TM-650 2.5.17.1

體積電阻 [Ω.cm]

C-96/25/65

>1013

IPC-TM-650 2.5.17.1

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 [℃]

DSC

130

IPC-TM-650 2.4.25

分解溫度 [℃]

TGA

2%

350

IPC-TM-650 2.4.24.6

5%

380

熱膨脹係數(shù)CTE [PPM/℃]

TMA

>Tg

70 ~ 85

IPC-TM-650 2.4.24.5

<Tg

16 ~ 20

熱膨脹係數(shù) CTE [%]

TMA  50~260℃

5.0 ~ 6.3

IPC-TM-650 2.4.24.5

 

導(dǎo)熱核(TCC)

    導(dǎo)熱核(TCC)是一種覆銅板,它具有高導(dǎo)熱與可靠性的優(yōu)點。TCC適用于多層或薄型印刷線路板。TCC是一種三明治結(jié)構(gòu),它包括上層銅箔層、導(dǎo)熱介質(zhì)層,與下層銅箔層。

 

圖示 導(dǎo)熱核基板結(jié)構(gòu)

 

TCC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格

特徵

材料

類型

注釋

板尺寸

 

405x610mm

 

絕緣導(dǎo)熱層

環(huán)氧樹脂與無機填料聚合物

100, 150μm

 

銅箔

電解銅

1oz

普通電路

2oz

強電流電路

3~6oz

強電流電路

 

導(dǎo)熱半固化片(TCP)

導(dǎo)熱半固化片(TCP)具有高導(dǎo)熱與可靠性的優(yōu)勢。這種半成品材料適用于單層與多層導(dǎo)熱印刷線路板應(yīng)用。TCP是一種三明治結(jié)構(gòu),它包括上層隔離膜、半固化片、下層隔離膜。

 

圖示 TCP基板結(jié)構(gòu)

 

TCP標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格

特徵

材料

類型

注釋

外板尺寸

 

425x630mm

 

隔離膜厚度

PET

75μm

 

半固化片尺寸

環(huán)氧樹脂與無機填料聚合物

415x630mm

 

半固化片厚度

環(huán)氧樹脂與無機填料聚合物

80, 100, 150μm

 

  

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