Τεχνικές Προκλήσεις στην Κατασκευή PCB 2-Στρώσεων με Βάση Αλουμινίου: Λύσεις για Αξιόπιστη Παραγωγή

2-layer aluminum base PCBs (MCPCBs) are the backbone of high-power electronics—from LED lighting to EV charging modules—thanks to their superior thermal conductivity (1–5 W/m·K) compared to traditional FR4 PCBs (0Ωστόσο, η μοναδική δομή τους - ένας πυρήνας αλουμινίου συνδεδεμένος με ένα διηλεκτρικό στρώμα και ίχνη χαλκού - εισάγει τεχνικά εμπόδια που δεν υπάρχουν στην τυποποιημένη κατασκευή PCB.ελαττώματα ρητίνης, και η αποτυχία της μάσκας συγκόλλησης είναι μόνο μερικά από τα ζητήματα που μπορούν να εκτροχιάσουν την παραγωγή, να μειώσουν την απόδοση και να θέσουν σε κίνδυνο την αξιοπιστία του τελικού προϊόντος.

Για τους κατασκευαστές και τους μηχανικούς, η κατανόηση αυτών των προκλήσεων είναι ζωτικής σημασίας για την παροχή συνεπών, υψηλής απόδοσης PCB με βάση αλουμίνιο 2 στρωμάτων.Ο οδηγός αυτός αναλύει τις πιο συχνές τεχνικές δυσκολίες στην επεξεργασία PCB με βάση το αλουμίνιο σε 2 στρώματα, τις συγκρίνει με την τυποποιημένη κατασκευή FR4 και παρέχει λύσεις που μπορούν να εφαρμοστούν, υποστηριζόμενες από δεδομένα και βέλτιστες πρακτικές της βιομηχανίας.Αυτές οι γνώσεις θα σας βοηθήσουν να ξεπεράσετε τα προβλήματα παραγωγής και να κατασκευάσετε PCB που αντέχουν σε θερμικές πιέσεις και σκληρά περιβάλλοντα.

Βασικά συμπεράσματα
1.Αποτυχίες σύνδεσης: Η αποστρωματοποίηση μεταξύ του πυρήνα αλουμινίου και του διηλεκτρικού στρώματος προκαλεί το 35% των ελαττωμάτων των PCB με βάση το αλουμίνιο σε δύο στρώματα, τα οποία επιλύονται με ακριβή έλεγχο της επικάλυψης (180~200 °C,300~400 psi) και ρητίνες υψηλής προσκόλλησης.
2.Λάθη ρητίνης: Η φούσκωση και η ρωγμάτωση στο διηλεκτρικό στρώμα μειώνουν τη θερμική αγωγιμότητα κατά 40%, που αποφεύγεται με τη χρήση ρητινών υψηλής Tg (Tg ≥ 180 °C) και αποαέριας ατμόσφαιρας.
3Προβλήματα με τις μάσκες συγκόλλησης: Η ομαλή επιφάνεια του αλουμινίου οδηγεί σε 25% υψηλότερα ποσοστά απολέπισης της μάσκας συγκόλλησης που αντιμετωπίζονται με εκτόξευση χωματίδας (Ra 1,5 ∆2,0 μm) και μάσκες συγκόλλησης που μπορούν να θεραπευτούν με υπεριώδη ακτινοβολία.
4.Αξιόπιστη θερμική κυκλική λειτουργία:Τα PCB με βάση αλουμίνιο 2 στρωμάτων αποτυγχάνουν 2 φορές συχνότερα από το FR4 σε κύκλους -40 °C έως 125 °C – μετριοποιούνται με την αντιστοίχιση CTE (συντελεστή θερμικής διαστολής) μεταξύ των στρωμάτων και με τη χρήση ευέλικτων διαηλεκτρικών.
5.Αποτελεσματικότητα κόστους: Ο σωστός έλεγχος της διαδικασίας μειώνει τα ποσοστά ελαττωμάτων από 20% σε 5%, μειώνοντας το κόστος επανεπεξεργασίας κατά 0,80$/2,50$ ανά PCB σε μεγάλης παραγωγής.

Τι είναι ένα διπλάσιο PCB με βάση το αλουμίνιο;
Ένα διπλάσιο PCB με βάση αλουμίνιο αποτελείται από τρία βασικά συστατικά, τα οποία είναι στοιβαγμένα σε δομή “μπάρ-διαλεκτρικό-αλουμίνιο-μπάρ”:

1Αλουμινένιο πυρήνα: παρέχει μηχανική ακαμψία και λειτουργεί ως θερμοδιαχέτης (συνήθως πάχους 0,5 mm, κράμα αλουμινίου 6061 ή 5052).
2.Διαλεκτρικό στρώμα: Ένα μονωτικό υλικό (π.χ. επωξική ρητίνη, πολυαμίδιο) που συνδέει τον πυρήνα του αλουμινίου με ίχνη χαλκού, κρίσιμα για την ηλεκτρική μόνωση και τη θερμική μεταφορά.
3.Τα ίχνη του χαλκού: 1 3oz χαλκό φύλλο και στις δύο πλευρές της διηλεκτρικής / αλουμινίου στοίβας μεταφέρει ηλεκτρικά σήματα και ισχύ.

Σε αντίθεση με τα τυποποιημένα PCB FR4 (που χρησιμοποιούν ίνες γυαλιού ως πυρήνα), η θερμική αγωγιμότητα της βάσης αλουμινίου καθιστά τα MCPCB 2 στρωμάτων ιδανικά για εφαρμογές υψηλής ισχύος (10W +).Αυτή η δομή δημιουργεί επίσης μοναδικές προκλήσεις παραγωγής, καθώς οι ιδιότητες του αλουμινίου (υψηλή θερμική διαστολή, ομαλή επιφάνεια) έρχονται σε σύγκρουση με τις παραδοσιακές μεθόδους επεξεργασίας PCB.

2 στρώσεις PCB με βάση αλουμινίου έναντι PCB με βάση FR4: Σύγκριση κατασκευής

Για να τεθούν στο πλαίσιο των τεχνικών δυσκολιών των διεπίπεδων PCB με βάση το αλουμίνιο, είναι κρίσιμο να συγκριθούν με τα τυποποιημένα FR4 PCB, τον πιο κοινό τύπο PCB.Ο παρακάτω πίνακας υπογραμμίζει τις βασικές διαφορές στα υλικά, διαδικασίες και προκλήσεις:

Παράδειγμα: Ένας κατασκευαστής που παράγει 10.000 PCB με βάση αλουμινίου 2 στρωμάτων για οδηγούς LED σημείωσε ποσοστό ελαττωμάτων 18% έναντι 7% για τα FR4 PCB της ίδιας πολυπλοκότητας.

Τα κύρια ζητήματα: αποστρωματοποίηση (6%) και αποφλοιό της μάσκας συγκόλλησης (5%).

Πρωταρχικές τεχνικές δυσκολίες στην επεξεργασία PCB με βάση αλουμινίου 2 στρώσεων
Η κατασκευή PCB με βάση αλουμινίου 2 στρωμάτων περιλαμβάνει 5+ κρίσιμα βήματα, το καθένα με μοναδικές προκλήσεις.

1. Αποτυχία της διηλεκτρικής σύνδεσης αλουμινίου (αποστρώσεις)
Η αποστρωματοποίηση είναι η τεχνική δυσκολία # 1 στην επεξεργασία PCB με βάση το αλουμίνιο σε δύο στρώματα.Συμβαίνει όταν το διηλεκτρικό δεν μπορεί να προσκολληθεί στην επιφάνεια του αλουμινίου., δημιουργώντας κενά αέρα που μειώνουν τη θερμική αγωγιμότητα και την ηλεκτρική μόνωση.

Οι ρίζες:
α.Ανεπαρκής προετοιμασία της επιφάνειας: Το φυσικό στρώμα οξειδίου του αλουμινίου (10-20nm πάχους) λειτουργεί ως εμπόδιο για την προσκόλληση.
β.Αντιστοιχία των παραμέτρων στιγματισμού: Η πολύ χαμηλή θερμοκρασία (≤170°C) εμποδίζει την ανθεκτικότητα της ρητίνης· η υπερβολικά υψηλή πίεση (>450 psi) σπρώχνει την περίσσεια ρητίνης, δημιουργώντας λεπτά σημεία.
γ.Η υγρασία στη ρητίνη: Ο υδρατμός στη διηλεκτρική ρητίνη εξατμίζεται κατά τη διάρκεια της επικάλυψης, σχηματίζοντας φυσαλίδες που αποδυναμώνουν τον δεσμό.

Επιπτώσεις:
α. Η θερμική αγωγιμότητα μειώνεται κατά 50% (π.χ. από 3 W/m·K σε 1,5 W/m·K), οδηγώντας σε υπερθέρμανση των εξαρτημάτων.
β. Η ηλεκτρική μόνωση αποτυγχάνει σε υψηλές τάσεις (≥ 250V), προκαλώντας βραχυκυκλώματα.
c. Τα αποστρωματοποιημένα PCB έχουν 70% υψηλότερο ποσοστό αποτυχίας στον θερμικό κύκλο (-40 °C έως 125 °C).

Δεδομένα:

2. Ελαττώματα της διηλεκτρικής ρητίνης (φουσκώματα, ρωγμές)
Το διηλεκτρικό στρώμα είναι η "κόλλα" των 2 στρωμάτων PCB με βάση το αλουμίνιο, αλλά είναι επιρρεπές σε δύο κρίσιμα ελαττώματα: φούσκωμα (κατά τη διάρκεια της στρώσης) και ρωγμή (κατά τη διάρκεια του θερμικού κύκλου).

Οι βασικές αιτίες της φούσκωσης:
α.Η υγρασία στην ρητίνη: Η ρητίνη που αποθηκεύεται σε υγρές συνθήκες (> 60% RH) απορροφά νερό, το οποίο εξατμίζεται κατά τη διάρκεια της επικάλυψης (180°C+), δημιουργώντας φυσαλίδες.
β.Ανεπαρκής αποατμοσφαιρίωση υπό κενό: ο αέρας που έχει παγιδευτεί στην ρητίνη δεν απομακρύνεται πριν από την επικάλυψη, σχηματίζοντας κενά.
c.Προβλήματα ιξώδους ρητίνης: Η ρητίνη χαμηλής ιξώδους ρευστότητας ρέει πάρα πολύ, αφήνοντας λεπτές περιοχές· η ρητίνη υψηλής ιξώδους ρευστότητας δεν γεμίζει κενά, δημιουργώντας ατμοσφαιρικές τσέπες.

Οι βασικές αιτίες της ρωγμήσεως:
α.Ρεζίνες χαμηλής ανθεκτικότητας: Οι ρητίνες με Tg < 150°C μαλακώνονται σε υψηλές θερμοκρασίες (≥ 125°C), οδηγώντας σε ρωγμάτωση κατά την ψύξη.
β.Διαφορά CTE: Η CTE του αλουμινίου (23 ppm/°C) είναι σχεδόν διπλάσια από εκείνη της τυποποιημένης εποξειδικής ρητίνης (12 ppm/°C).

Επιπτώσεις:
α.Οι φούσκες μειώνουν τη θερμική αγωγιμότητα κατά 40%, προκαλώντας υπερθέρμανση και πρόωρη βλάβη των οδηγών LED.
β. Οι ρωγμές θέτουν σε κίνδυνο την ηλεκτρική μόνωση, οδηγώντας σε 20% υψηλότερα ποσοστά αποτυχίας πεδίου σε βιομηχανικές εφαρμογές.

Δεδομένα:

3Προβλήματα προσκόλλησης και κάλυψης της μάσκας συγκόλλησης
Η μάσκα συγκόλλησης προστατεύει τα ίχνη χαλκού από τη διάβρωση και τις γέφυρες συγκόλλησης, αλλά η ομαλή, μη πορώδης επιφάνεια του αλουμινίου δυσκολεύει την προσκόλληση της μάσκας συγκόλλησης.απολέπιση και τρύπες.

Οι βασικές αιτίες της ξεφλούδισης:
α.Ανεπαρκής τραχύτητα της επιφάνειας: Η φυσική Ra του αλουμινίου (0,1μm) είναι πολύ λεία για να τη συλλάβει η μάσκα συγκόλλησης.
β.Μη μολυσμένη επιφάνεια: Το λάδι, η σκόνη ή το υπολειπόμενο οξείδιο στο αλουμίνιο εμποδίζουν τη σύνδεση της μάσκας συγκόλλησης.
c.Αντισυμβατές μάσκες συγκόλλησης: Οι τυποποιημένες μάσκες συγκόλλησης FR4 (που έχουν συνταχθεί για ίνες γυαλιού) δεν προσκολλούνται στο αλουμίνιο.

Οι βασικές αιτίες των τρύπων:
α.Λαθές πάχος μάσκας συγκόλλησης: Η πολύ λεπτή μάσκα συγκόλλησης (≤ 15μm) δημιουργεί τρύπες κατά τη διάρκεια της σκληρύνειας.
β.Ενέμμετρος αέρας στη μάσκα συγκόλλησης: οι φυσαλίδες αέρας στην υγρή μάσκα συγκόλλησης εκρήγνυνται κατά τη διάρκεια της υπεριώδους επεξεργασίας, αφήνοντας μικρές τρύπες.

Επιπτώσεις:
α.Η απολέπιση εκθέτει ίχνη χαλκού σε διάβρωση, αυξάνοντας τις αποτυχίες πεδίου κατά 25% σε υγρά περιβάλλοντα.
β. Οι τρύπες πινών προκαλούν γέφυρες συγκόλλησης μεταξύ των ίχνη, οδηγώντας σε βραχυκυκλώματα σε σχέδια υψηλής πυκνότητας.

Δεδομένα:

4Προκλήσεις στη μεταποίηση πυρήνα αλουμινίου
Η μαλακότητα του αλουμινίου (6061 κράμα: 95 HB) το καθιστά επιρρεπές σε παραμόρφωση κατά τη διάρκεια της κοπής, της τρύπανσης και της διαδρομής.

Οι ρίζες:
α.Αμβλύ εργαλείο: Αμβλύς τρυπές ή λεπίδες δρομολογητή σκίζουν το αλουμίνιο αντί να το κόβουν, δημιουργώντας μύκητες (0,1·0,3 mm) που κάνουν βραχυκυκλώματα.
β. Υπερβολική ταχύτητα κοπής: Ταχύτητες > 3.000 σ.ρ.μ. παράγουν θερμότητα, λιώντας το διηλεκτρικό στρώμα και συνδέοντας το αλουμίνιο με τα εργαλεία.
c.Ανεπαρκής στερέωση: Η ευελιξία του αλουμινίου προκαλεί δονήσεις κατά τη διάρκεια της μηχανικής επεξεργασίας, οδηγώντας σε ακατάλληλες άκρες και ακατάλληλες τρύπες.

Επιπτώσεις:
α.Τα μπουρράκια απαιτούν χειροκίνητη αφαίρεση, προσθέτοντας $0.20$0.50 ανά PCB σε κόστη εργασίας.
β.Αποσυντονισμένες τρύπες (± 0,1 mm) σπάνε τα διαδρόμια, μειώνοντας την απόδοση κατά 8·10%.

Δεδομένα:

5. Αξιόπιστη θερμική κυκλική
Τα PCB με βάση το αλουμίνιο σε δύο στρώματα έχουν σχεδιαστεί για εφαρμογές υψηλής θερμοκρασίας, αλλά ο θερμικός κύκλος (-40 °C έως 125 °C) εξακολουθεί να προκαλεί το 30% των αποτυχιών πεδίου.και χαλκό.

Οι ρίζες:
α.Αντιστοιχία CTE: Το αλουμίνιο (23 ppm/°C) επεκτείνεται 2 φορές ταχύτερα από το χαλκό (17 ppm/°C) και 3 φορές ταχύτερα από το επωξικό (8 ppm/°C). Αυτό δημιουργεί άγχος στις διεπαφές στρωμάτων.
β.Διαλεκτρικός θραύστης: ρητίνες χαμηλής ευελιξίας σπάζουν υπό επανειλημμένη επέκταση/σύνδεση.
γ.Αδύναμες συνδέσεις μέσω: Οι συνδέσεις μέσω των δύο στρωμάτων χαλκού μπορούν να απομακρυνθούν από το διηλεκτρικό κατά τη διάρκεια του κύκλου.

Επιπτώσεις:
α.Ένα διπλάσιο PCB με βάση αλουμινίου για μια μονάδα φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων αποτυγχάνει μετά από 500 θερμικούς κύκλους έναντι 1.000 κύκλων για μια κατάλληλα σχεδιασμένη πλακέτα.
β.Οι αστοχίες που σχετίζονται με το CTE κοστίζουν στους κατασκευαστές 100 χιλιάδες 500 χιλιάδες δολάρια ετησίως σε απαιτήσεις εγγύησης.

Δεδομένα:

Λύσεις για την αντιμετώπιση των προκλήσεων της επεξεργασίας PCB με βάση το αλουμίνιο σε δύο στρώματα
Η αντιμετώπιση των ανωτέρω τεχνικών δυσκολιών απαιτεί συνδυασμό επιλογής υλικών, βελτιστοποίησης διαδικασιών και ελέγχου ποιότητας.
1Επεξεργασία της διαμετρικής σύνδεσης αλουμινίου
α.Προετοιμασία επιφάνειας: Χρησιμοποιείται εκρήγνυνση άλας (μέσα από οξείδιο του αλουμινίου, άλας 80×120) για να επιτευχθεί Ra 1,5×2,0μm. Αυτό αφαιρεί το στρώμα οξείδιο και δημιουργεί μια τραχιά επιφάνεια για προσκόλληση ρητίνης.Ακολουθήστε με υπερηχητικό καθαρισμό (60°C), 10 λεπτά) για να αφαιρέσετε τα συντρίμμια.
Β. Βελτιστοποίηση της στρώσης:
Θερμοκρασία: 180~200°C (θεραπεύει ρητίνη χωρίς καύση).
Πίεση: 300~400 psi (ασφαλίζει πλήρη επαφή ρητίνης με αλουμίνιο).
Κενό: -95 kPa (απομάκρυνση τσέπης αέρα).
c.Επιλογή ρητίνης: Επιλέξτε αιποξυδέραιες ρητίνες με συστατικά σύνδεσης σιλάνου (π.χ. Α-187) ̇ αυτές οι χημικές ουσίες συνδέουν ρητίνη με οξείδιο του αλουμινίου, αυξάνοντας την αντοχή σύνδεσης κατά 50%.

Αποτελέσματα: Ένας κατασκευαστής που χρησιμοποίησε σφαιρίδια + ρητίνη συνδεδεμένη με σιλάνιο μείωσε την αποστρωματισμό από 12% σε 2%.

2Προληπτικά μέτρα για την πρόληψη των φουσκώσεων και των ρωγμών
α.Καταπολέμηση της υγρασίας: Αποθηκεύστε τη ρητίνη σε στεγνό δωμάτιο (RH < 30%) και προ-στεγνώστε τη σε θερμοκρασία 80°C για 2 ώρες πριν τη χρήση. Αυτό αφαιρεί το 90% της υγρασίας.
β.Αποκαύση υπό κενό: ρητίνη Degas σε θερμοκρασία -90 kPa για 30 λεπτά για την εξάλειψη του ποσοστού φυσαλίδων από 18% σε 5% σε ατμοσφαιρικές ρήτρες.
c.Ελαστικές ρητίνες υψηλής Tg: Χρησιμοποιήστε μείγματα epoxy-polyimide (Tg ≥ 180°C, CTE 12 ̇15 ppm/°C) ̇ αυτά αντιστέκονται στην ρωγμή κατά τη διάρκεια του θερμικού κύκλου και διατηρούν την ευελιξία τους.

Αποτελέσματα: Ένας κατασκευαστής LED άλλαξε σε εμβόλιο υψηλής Tg, μειώνοντας τα ελαττώματα της ρητίνης από 22% σε 4%.

3. Διασφάλιση της προσκόλλησης της μάσκας συγκόλλησης
α.Επιφανειακή επεξεργασία με επιθετική επεξεργασία: συνδυάζεται η εκτόξευση του άλατος (Ra 1,5μm) με καθαρισμό με πλάσμα (πλάσμα οξυγόνου, 5 λεπτά) ∆ηλαδή απομακρύνεται το υπολειμματικό λάδι και ενεργοποιείται η επιφάνεια του αλουμινίου,αύξηση της προσκόλλησης της μάσκας συγκόλλησης κατά 80%.
β.Μάσκα συγκόλλησης ειδικού αλουμινίου: Χρησιμοποιήστε μάσκες συγκόλλησης UV-θεραπείας που έχουν συνταχθεί για αλουμίνιο (π.χ. DuPont PM-3300 AL) που περιέχουν προωθητές πρόσφυσης που συνδέονται με οξείδιο του αλουμινίου.
c.Ωραιότερο πάχος: Εφαρμόστε μάσκα συγκόλλησης σε 25μμ (2μ3 στρώσεις) για να αποφευχθεί η θεραπεία τρυπών με υπεριώδες φως (365nm, 500 mJ/cm2) για πλήρη διασταύρωση.

Αποτελέσματα: Ένας προμηθευτής τηλεπικοινωνιών που χρησιμοποίησε ειδική μάσκα συγκόλλησης από αλουμίνιο μείωσε την απολέπιση από 18% σε 3%.

4- Βελτιστοποίηση της επεξεργασίας του αλουμινίου
α.Αιχμηρά εργαλεία: Χρησιμοποιήστε τρυπάνι από καρβίδιο (γωνία 135°) και αντικαταστήστε τα μετά από 300 τρύπες.
β.Ελεγχόμενη ταχύτητα/τροφοδότηση:
Βόρφηση: 2.000-2500 στροφές ανά λεπτό, ταχύτητα τροφοδοσίας 0,1 mm/στροφή.
Δρόμος: 1.500 ̇ 2.000 στροφές ανά λεπτό, ταχύτητα τροφοδοσίας 0,2 mm / στροφή.
c.Στήριξη υπό κενό: Η στερέωση του πυρήνα αλουμινίου με αναρρόφηση υπό κενό κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας απομακρύνει τις δονήσεις και βελτιώνει την ευθυγράμμιση των οπών σε ±30μm.

Αποτελέσματα: Ένας κατασκευαστής συμβολαίου που χρησιμοποιεί ελαστικές συσκευές κενού αύξησε την απόδοση της μηχανικής από 82% σε 98%.

5Βελτίωση της αξιοπιστίας του θερμικού κύκλου

α.Συμφωνία CTE: Χρησιμοποιήστε αλουμίνιο με επικάλυψη χαλκού (CCA) αντί για καθαρό αλουμίνιο· το CTE του CCA είναι 18 ppm/°C (περίπου 17 ppm/°C για το χαλκό) έναντι 23 ppm/°C για το καθαρό αλουμίνιο.Αυτό μειώνει την θερμική πίεση μεταξύ των στρωμάτων κατά 40%.
β.Ελαστική διηλεκτρική ενσωμάτωση: ενσωματώνεται ένα λεπτό στρώμα πολυαμιδίου (CTE 15 ppm/°C) στην διηλεκτρική στοίβα· η ευελιξία της απορροφά τις δυνάμεις διαστολής/συρρίκνωσης,μείωση των ποσοστών ρωγμών από 22% σε 3%.
c.Σύγχρονο σχεδιασμό με ενισχυμένο διάδρομο: Χρησιμοποιήστε θερμικούς διαδρόμους (διάμετρος 0,3 ∼ 0,5 mm, γεμάτους χαλκό) γύρω από στοιχεία υψηλής θερμότητας (π.χ. LED, ρυθμιστές τάσης).Διαστημικές διάδρομοι 2 ̊3mm μακριά για να δημιουργήσει μια τροχιά θερμότητας που μειώνει μέσω της απόσυρσης κατά 60%.

Μελέτη περίπτωσης: Ένας κατασκευαστής μονάδων φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων άλλαξε σε πυρήνες CCA και ευέλικτα διαηλεκτρικά.και οι απαιτήσεις εγγύησης μειώθηκαν κατά 75%, εξοικονομώντας 300.000 δολάρια ετησίως..

Ελέγχος ποιότητας: Δοκιμή για την αξιοπιστία των διπλάσων PCB με βάση το αλουμίνιο
Ακόμη και με τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας, οι αυστηρές δοκιμές είναι κρίσιμες για να εντοπιστούν ελαττώματα πριν τα PCB φτάσουν στους πελάτες.μαζί με τα κριτήρια επιτυχίας/αποτυχίας- Ναι.

Βέλτιστη πρακτική: Για την παραγωγή μεγάλου όγκου (10 χιλιάδες+ μονάδες την εβδομάδα), δοκιμάστε το 1% κάθε παρτίδας.

Εφαρμογή στον πραγματικό κόσμο: Αντιμετώπιση των προκλήσεων στα PCB φωτισμού LED
Ο φωτισμός με LED είναι η μεγαλύτερη αγορά για τα διεπίπεδα PCB με βάση το αλουμίνιο, αντιπροσωπεύοντας το 45% της παγκόσμιας ζήτησης MCPCB (LEDinside 2024).Ένας κορυφαίος κατασκευαστής LED αντιμετώπισε τρία κρίσιμα προβλήματα με τα διεπίστρωμα PCB με βάση το αλουμίνιοΟι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι ερευνητές δεν μπορούσαν να διαχειριστούν το πρόβλημα της αποστράγγισης (15% ποσοστό ελαττωμάτων), της φούσκωσης ρητίνης (12%), και του ξεφλουδίσματος της μάσκας συγκόλλησης (8%).

1Λύση αποστρωματοποίησης
α. Αντικαταστάθηκε χημικός καθαρισμός με εκρήγνυνση 80 σχισμάτων αλουμινίου οξειδίου (Ra 1,8μm) και κατόπιν με υπερήχων καθαρισμό.
β.Αλλαγή σε επωξιδική ρητίνη με συσσωρευτές σιλάνου (A-187) και βελτιστοποιημένη λαμινίωση: 190°C, 350 psi, κενό -95 kPa.
c.Αποτελέσματα: Αποστρωματισμός μειώθηκε στο 2%.

2. Λύσιμο φουσκώματος
α.Εφαρμόστηκε ένα στεγνό δωμάτιο (RH < 25%) για την αποθήκευση ρητίνης και προστέθηκε ένα βήμα αποκαύσης υπό κενό (- 90 kPa, 30 λεπτά) πριν από την επικάλυψη.
β.Αλλαγή από εποξείδιο χαμηλής Tg (Tg 130°C) σε εποξυπολυμίδιο υψηλής Tg (Tg 190°C).
c.Αποτελέσματα: Η φούσκα μειώθηκε στο 3%.

3. Λύσιμο απολέπισης μάσκας
α. Χρησιμοποιήθηκε καθαρισμός πλάσματος οξυγόνου (5 λεπτά, 100 W) μετά την εκτόξευση του άλας για την ενεργοποίηση της επιφάνειας του αλουμινίου.
β.Αποδέχθηκε ειδική για το αλουμίνιο μάσκα συγκόλλησης UV (DuPont PM-3300 AL) που εφαρμόζεται σε πάχος 30μm.
c.Αποτελέσματα: Μείωση της απολέπισης στο 1%.

Τελικό αποτέλεσμα
α.Το συνολικό ποσοστό ελαττωμάτων μειώθηκε από 35% σε 6%.
Η piερίpiτωση piου piραγματοpiοιήθηκε στην piερίpiτωση αυτή ήταν piερίpiτωση piου piερίpiτωση piου piερίpiτωση piου piραγματοpiοιήθηκε στην piερίpiτωση piου piραγματοpiοιήθηκε στην piερίpiτωση piου piραγματοpiοιήθηκε στην piερίpiτωση piου piραγματοpiοιήθηκε στην piερίpiτωση piου piραγματοpiοιήθηκε στην piερίpiτωση piου piραγματοpiοιήθηκε στην piερίpiτωση piου piραγματοpiοιήθηκε στην piερίpiτωση piου piραγματοpiοιήθηκε.
c.Η διάρκεια ζωής του οδηγού LED αυξήθηκε από 30 χιλιάδες σε 50 χιλιάδες ώρες, σύμφωνα με τα πρότυπα ασφαλείας EN 62471 για τον εμπορικό φωτισμό.

Ανάλυση κόστους-οφέλους: Επένδυση στην βελτιστοποίηση διαδικασιών
Πολλοί κατασκευαστές διστάζουν να επενδύσουν στην εκτόξευση χωματιδίων, σε ρητίνες υψηλής Tg ή σε εξειδικευμένες δοκιμές, ανησυχώντας για τα προκαταρκτικά έξοδα.Παρακάτω παρουσιάζεται ανάλυση κόστους-οφέλους για μια γραμμή παραγωγής PCB με βάση αλουμινίου 2 στρωμάτων 100k μονάδων/έτος- Ναι.

- Δεν ξέρω.
Βασική γνώση: Η βελτιστοποίηση της διαδικασίας αποδίδει τον εαυτό της σε 2-3 μήνες για γραμμές μεγάλου όγκου.5 χιλιάρικα ετησίως) αλλά εξακολουθούν να δικαιολογούν επενδύσεις, ιδίως για κρίσιμες εφαρμογές όπως η αυτοκινητοβιομηχανία ή η ιατρική βιομηχανία..

Ενημερωτικά ερωτήματα σχετικά με την επεξεργασία PCB με βάση αλουμινίου 2 στρωμάτων
ΕΡΩΤΗΣΗ 1: Ποιο είναι το καλύτερο κράμα αλουμινίου για τα 2 στρώματα MCPCB;
Α: Το αλουμίνιο 6061 είναι το βιομηχανικό πρότυπο ̇ ισορροπεί τη θερμική αγωγιμότητα (167 W/m·K), τη μηχανική ικανότητα και το κόστος.που έχει καλύτερη αντοχή στη διάβρωση- Αποφύγετε το καθαρό αλουμίνιο (1050 κράμα) - είναι πολύ μαλακό και επιρρεπές σε παραμόρφωση.

Ε2: Μπορούν τα PCB με βάση αλουμινίου δύο στρωμάτων να χρησιμοποιούν συγκόλληση χωρίς μόλυβδο;
Α: Ναι, αλλά η συγκόλληση χωρίς μόλυβδο (π.χ. Sn-Ag-Cu) έχει υψηλότερο σημείο τήξης (217°C) από την συγκόλληση με μόλυβδο (183°C).
Χρησιμοποιήστε διαλεκτρικό υψηλού Tg (Tg ≥ 180°C) για να αντέχει στις θερμοκρασίες επαναρρίψεως.
Προθέρμανση του PCB αργά (2°C/sec) κατά τη διάρκεια της επανεξέτασης για την αποφυγή θερμικού σοκ.

Ε3: Ποιο πρέπει να είναι το πάχος του διηλεκτρικού στρώματος για τα διπλάσια PCB με βάση το αλουμίνιο;
Α: 0.1·0.3mm είναι ιδανικό. Ένα λεπτότερο διαλεκτρικό (<0.1mm) μειώνει την αντίσταση της μόνωσης (κίνδυνος βραχυκυκλωμάτων), ενώ ένα παχύτερο διαλεκτρικό (>0.3mm) μειώνει τη θερμική αγωγιμότητα κατά 30%.Για εφαρμογές υψηλής τάσης (≥ 500V), χρησιμοποιούν διαλεκτικό 0,2 ∆0,3 mm για να πληρούν τα πρότυπα μόνωσης IEC 60664.

ΕΡΩΤΗΣΗ 4: Ποια είναι η μέγιστη πυκνότητα ισχύος που μπορούν να χειριστούν οι PCB με βάση αλουμινίου δύο στρωμάτων;
Απ: Συνήθως 5 ̇10 W/cm2 ̇3 φορές υψηλότερα από τα PCB FR4 (1 ̇2 W/cm2).ένα 2-στρωτό MCPCB με πυρήνα αλουμινίου 2 mm καιΤο διαλεκτρικό των.2 mm μπορεί να αντέξει 8 W/cm2 για εφαρμογές LED.

Ε5: Πώς μπορώ να επιλέξω μεταξύ διηλεκτρικού epoxy και πολυαμιδίου για PCB με βάση αλουμίνιο 2 στρώσεων;
Α: Χρησιμοποιήστε επωξικό για εφαρμογές χαμηλής θερμοκρασίας (≤ 125 °C) που είναι ευαίσθητες στο κόστος, όπως οι λαμπτήρες LED καταναλωτών.Χρησιμοποιήστε polyimide ή epoxy-polyimide μείγματα για εφαρμογές υψηλής θερμοκρασίας (≥ 150°C) ή σκληρού περιβάλλοντος (αυτοκινητοβιομηχανία), βιομηχανική), όπου η ευελιξία και η θερμική αντοχή είναι κρίσιμες.

Συμπέρασμα
Τα διετά στρώματα PCB με βάση το αλουμίνιο προσφέρουν απαράμιλλες θερμικές επιδόσεις για ηλεκτρονικά υψηλής ισχύος, αλλά η μοναδική δομή τους παρουσιάζει τεχνικές προκλήσεις που η τυποποιημένη κατασκευή FR4 δεν αντιμετωπίζει.ΑποστρωματισμόςΟι ελαττώσεις της ρητίνης, η απολέπιση της μάσκας συγκόλλησης και οι αποτυχίες του θερμικού κύκλου είναι συχνές, αλλά δεν είναι ανυπέρβλητες.

Με την επένδυση στην βελτιστοποίηση της διαδικασίας ̇ την εκτόξευση σχισμάτων για την προετοιμασία της επιφάνειας, τις ευέλικτες ρητίνες υψηλής Tg, τις ειδικές μάσκες συγκόλλησης αλουμινίου,και αυστηρούς ελέγχους, οι κατασκευαστές μπορούν να μειώσουν τα ποσοστά ελαττωμάτων από 20% σε 5% ή και χαμηλότεραΤα προκαταρκτικά έξοδα αυτών των βελτιώσεων αντισταθμίζονται γρήγορα από την εξοικονόμηση σε επισκευές, σκουπίδια και απαιτήσεις εγγύησης.

Για τους μηχανικούς και τις ομάδες προϊόντων, το κλειδί είναι να βλέπουν αυτές τις προκλήσεις όχι ως εμπόδια, αλλά ως ευκαιρίες για την κατασκευή πιο αξιόπιστων προϊόντων.Ένα καλά επεξεργασμένο PCB 2 στρωμάτων αλουμινίου δεν διαλύει μόνο καλύτερα τη θερμότητα, αλλά και διαρκεί περισσότερο., επιτελείται με συνέπεια και πληροί τα αυστηρά πρότυπα βιομηχανιών όπως η αυτοκινητοβιομηχανία, ο φωτισμός LED και τα βιομηχανικά ηλεκτρονικά.

Καθώς αυξάνεται η ζήτηση για υψηλής ισχύος, μικροσκοπικά ηλεκτρονικά, η επίτευξη της επεξεργασίας PCB με βάση το αλουμίνιο σε 2 στρώματα θα γίνει ακόμη πιο κρίσιμη.τα εν λόγω PCB θα συνεχίσουν να αποτελούν την επιλογή για εφαρμογές όπου η θερμική διαχείριση και η αξιοπιστία δεν είναι διαπραγματεύσιμες.