談特種熱電分離PCB銅基板制作

黃英海 肖澤武

（吉安滿坤科技股份有限公司，江西 吉安 343100）

目前印制電路板（PCB）行業(yè)制作特種板的趨勢(shì)越來越明顯，PCB廠的轉(zhuǎn)型勢(shì)在必行；而相對(duì)普通PCB其特種產(chǎn)品單價(jià)要高出幾十上百倍，但傳統(tǒng)的板廠其生產(chǎn)設(shè)備、管理模式、技術(shù)團(tuán)隊(duì)都已很難滿足特種板的制作要求；因特種板的價(jià)格相對(duì)較高，其技術(shù)要求及制作工藝也相對(duì)普通PCB要高出很多很多。從如今的發(fā)展及未來的科技進(jìn)步趨勢(shì)看，高端特種PCB的需求空間是無法估量的，正因很多企業(yè)看到了這點(diǎn)，以此都在特種PCB上投入大量研發(fā)資金及組建強(qiáng)大的技術(shù)團(tuán)隊(duì)。特種板有很多種類，五花八門（汽車類銅基、多層鋁基，通訊類、工控類特殊材料等）；現(xiàn)我們以一款熱電分離銅基板進(jìn)行探討研究，該類板在高端汽車燈上運(yùn)用的比較多，傳統(tǒng)的鋁基板已無法滿足高端汽車燈的高散熱及通電功能；而銅基板是通電部分與散熱部分互不相關(guān)，各司其職，但又是一個(gè)整體，達(dá)到整體運(yùn)作的協(xié)調(diào)。同時(shí)因要求高導(dǎo)熱、高電流通過，對(duì)此電路板的穩(wěn)定性品質(zhì)要求及精度要求提出了更為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。下面我們對(duì)一款比較普遍的3 mm厚的銅基板作為整體的研究加工解析。

1 熱電分離板的基本結(jié)構(gòu)

熱電分離板的基本結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示。

圖1 銅基板結(jié)構(gòu)圖

圖2 銅基PCBA結(jié)構(gòu)圖

厚度的要求需根據(jù)導(dǎo)熱系數(shù)、通電量的要求而定；導(dǎo)熱部分與通電部分進(jìn)行分離，但要整體表面平整，高度差應(yīng)小于0.03 mm。

2 制作流程

2.1 加工流程

銅基：正常開料→凸臺(tái)制作（導(dǎo)熱凸臺(tái)制作）

FR-4：正常制作單面或雙面線路

FR-4+純膠：純膠開料→與FR4線路板預(yù)貼→成型（銑出凸臺(tái)位置）

（FR-4+純膠）+銅基：壓合→鉆孔（PNL板邊工具孔）→阻焊→化金→鉆孔→成型銑沉頭槽（精雕機(jī)制作）→V-CUT→成型（外型）

2.2 重點(diǎn)工序說明

2.2.1 銅基開料

銅基的加工開料不宜過大，銅基的厚度決定開料尺寸，目前制作銅金屬電路板基本選擇紅銅，厚度基本可選1 mm～6 mm，正常情況下開料尺寸可以控制在457.2 mm×406.4 mm以內(nèi)為最為合適，厚銅開料尺寸過大因重量問題不易加工（2.5 mm～6 mm）；而薄銅≤1 mm厚度的開料過大也會(huì)因單面圖形受力而導(dǎo)致板翹曲而影響加工；最適合的銅基加工厚度在1.5 mm～2.5 mm之間。當(dāng)然銅的厚度要與散熱有關(guān)，需要根據(jù)客戶要求而制定加工尺寸。

2.2.2 銅基凸臺(tái)的制作

通過貼膜曝光的方法，顯影后凸臺(tái)通常的做法都是使用蝕刻的方式制作，計(jì)算好蝕刻速率，根據(jù)蝕刻速率計(jì)算出蝕刻速度達(dá)到凸臺(tái)的高度。凸臺(tái)高度、寬度非常關(guān)鍵，制作精度公差控制在±25 μm（1 mil）范圍內(nèi)，因精度直接影響到FR-4與凸臺(tái)之間的結(jié)合；蝕刻速率計(jì)算公式見圖3所示。

圖3 蝕刻速率計(jì)算公式

2.2.3 PCB板+純膠（正常厚度≥50 μm）

（1）將做好線路后的PCB壓合面與純膠黏貼，采用熱壓輪傳熱方式，溫度為100 ℃～150 ℃，速度為3 m/min將PCB與純膠初步粘合成半固化狀態(tài)，見圖4所示。

圖4 純膠+FR-4 PCB結(jié)構(gòu)圖

（2）采用CNC將凸臺(tái)位置銑出，公差要求要控制在±0.05 mm以內(nèi)（要與凸臺(tái)公差設(shè)計(jì)相互彌補(bǔ)），見圖5所示。

圖5 FR-4凸臺(tái)鑼孔位置圖

2.2.4 壓合的制作

（1）因銅基厚，F(xiàn)R-4PCB薄，加上凸臺(tái)與PCB板之間會(huì)有一定的高度公差，為了確保壓合的品質(zhì)，疊板需要采用3 mm厚度的硅膠進(jìn)行緩沖，一層一盤方式。

（2）壓合參數(shù)為170 ℃、90 min，壓力為1.0 Mpa（需要根據(jù)純膠厚度及供應(yīng)商要求參數(shù)而定，每家產(chǎn)品均有不同條件）。

2.2.5 鉆孔與阻焊

鉆孔要使用生產(chǎn)金屬板專用刀制作，阻焊按正常PCB制作流程，因銅基重，采用傳統(tǒng)插板籠架，曝光不適合自動(dòng)機(jī)，需選用傳統(tǒng)手動(dòng)機(jī)曝光機(jī)生產(chǎn)。

2.2.6 成型、V槽加工

熱電分離型銅基板使用在高導(dǎo)熱型車燈上，普遍有沉頭槽要求，單元板小而且是拼版設(shè)計(jì)，因此在成型工序有沉孔加工及V槽加工。這兩點(diǎn)都有嚴(yán)格的精度要求，通?？蛻艟蠹庸つ芰PK大于1.33。

（1）因銅厚度問題，V-cut是完全不能按正常FR-4要求及思路去制作的。

采用在制板進(jìn)行V-cut，同時(shí)V-cut銅時(shí)要選用鉆石刀進(jìn)行加工，速度參數(shù)要根據(jù)實(shí)際銅厚進(jìn)行在同一V-cut位置多次重復(fù)的逐步加深的方式進(jìn)行，才能保證品質(zhì)（因銅是金屬，V-cut時(shí)散熱及設(shè)備的扭力直接影響V-cut質(zhì)量；如果V-cut不是多次數(shù)的逐步加深的方式制作易出現(xiàn)銅面粗糙、卷銅屑、V槽底部不規(guī)則現(xiàn)象）。

（2）成型沉孔加工。

①與普通FR-4沉頭做法一樣，先將加工臺(tái)面調(diào)校成基礎(chǔ)面0（控深CNC設(shè)備最好）；

②選用專用的金屬板銑刀（防止槽底部出現(xiàn)不符角度，如圖6所示）；

圖6 3D顯微鏡下的銑槽測(cè)量分析圖

③控制刀具壽命，保證品質(zhì)為前提，進(jìn)刀速控制在0.3 m/min內(nèi)（根據(jù)實(shí)際情況而定）；客戶有特別公差要求的特別控制；

④重點(diǎn)要選用大扭力CNC設(shè)備。

3 結(jié)語

（1）熱電分離式銅基電路板不適合高自動(dòng)化作業(yè)生產(chǎn)；整體的加工過程相對(duì)比較復(fù)雜，對(duì)設(shè)備的選機(jī)及精度要求是非常高的，普通的PCB加工設(shè)備無法滿足要求。

（2）客戶端對(duì)所有尺寸要求Cpk均大于或等于1.33或1.67，制作難度非常大，每個(gè)加工過程都存在細(xì)節(jié)的研究。

（3）整個(gè)加工過程因板的重量及其他特殊性，整體的做法均有不同，需要根據(jù)自身工廠設(shè)備、技術(shù)能力、管理能力、系統(tǒng)能力作出對(duì)應(yīng)。

總之，熱電分離銅基PCB制作相對(duì)難度較大，每個(gè)加工工序都需要研究細(xì)節(jié)才能滿足品質(zhì)要求。以上所談也只是對(duì)加工工序粗略地介紹，要真正做好此類電路板還需根據(jù)自身工廠設(shè)備作出詳細(xì)規(guī)劃。