2025-10-15
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Nel settore dell'elettronica ad alta potenza, i PCB a base di alluminio a due strati sono diventati "componenti essenziali" per l'illuminazione a LED, i moduli di alimentazione dei veicoli elettrici e i regolatori di potenza industriali,grazie alle loro eccellenti capacità di dissipazione del caloreSecondo un rapporto di Grand View Research, la dimensione del mercato globale dei PCB a base di alluminio ha raggiunto i 1,8 miliardi di dollari nel 2023,con PCB a base di alluminio a due strati che rappresentano il 35% e in crescita ad un tasso annuo superiore al 25%Tuttavia, il loro rendimento produttivo è stato a lungo inferiore a quello dei tradizionali PCB FR4 (rendimento medio del 75% contro il 90% per il FR4), con i principali colli di bottiglia che si trovano in tre sfide tecniche:compatibilità tra la base in alluminio e lo strato dielettrico, la stabilità termica delle resine e l'adesione delle maschere di saldatura.un produttore di automobili ha affrontato un richiamo di migliaia di veicoli dopo che la delaminazione del PCB a base di alluminio a due strati ha causato malfunzionamenti del modulo di alimentazione EV.
Questo articolo analizzerà approfonditamente i principali punti critici tecnici nella produzione di PCB a base di alluminio a due strati, fornirà soluzioni attuabili basate sulle migliori pratiche del settore,e includere una tabella dei processi di ispezione della qualità per aiutare i produttori a migliorare i rendimenti e ridurre i rischi.
Principali insegnamenti
1Controllo della qualità del legame: presa a caldo sotto vuoto (temperatura 170-180°C,la pressione 30-40kg/cm2) combinata con il trattamento superficiale con plasma può ridurre il tasso di delaminazione tra la base in alluminio e lo strato dielettrico a meno di 00,5%, che supera di gran lunga il tasso di delaminazione della stampa a caldo tradizionale (3,5-5,0%).
2.Criteri di selezione delle resine: per scenari di potenza media o elevata (ad esempio, LED dei fari automobilistici), dare la priorità alle resine epossidiche ricoperte di ceramica (conduttività termica 1,2-2,5 W/mK);per gli scenari ad alta temperatura (e.per esempio, forni industriali), selezionare resine poliamidiche (resistenza alle temperature 250-300°C) per evitare la crepazione durante il ciclo termico.
3.Prevenzione dei difetti della maschera di saldatura: la superficie della base in alluminio deve essere sottoposta a un trattamento di "degrassaggio → decapaggio → anodizzazione".e il diametro del foro rilevato dall'AOI deve essere <0.1 mm, che può ridurre il rischio di cortocircuito del 90%.
4.ispezione della qualità del processo completo: gli elementi di ispezione obbligatori includono il rilevamento dei difetti a ultrasuoni (dopo la laminazione), la prova della conduttività termica con laser flash (dopo la cura della resina),e prove di sonde volanti (per vias finite)La conformità agli standard IPC può aumentare i rendimenti fino ad oltre l'88%.
3 sfide tecniche fondamentali nella produzione di PCB a base di alluminio a due strati
L'unicità strutturale dei PCB a base di alluminio a due strati (substrato di alluminio + strato dielettrico + foglio di rame a doppio strato) rende il loro processo di fabbricazione molto più complesso di quello dei PCB FR4. The inherent "compatibility gap" between the metallic properties of aluminum and the non-metallic nature of dielectric layers and solder masks means that even minor process deviations can lead to fatal defects.
Sfida 1: mancato legame tra base di alluminio e strato dielettrico (delaminazione, bolle)
Il legame è il "primo ostacolo critico" nella produzione di PCB a base di alluminio a due strati,e la forza di legame tra la base in alluminio e lo strato dielettrico determina direttamente l'affidabilità a lungo termine del PCBTuttavia, le proprietà chimiche dell'alluminio e il controllo improprio del processo spesso portano a un fallimento del legame.
Cause profonde: differenze di materiale e deviazioni di processo
1.Il film di ossido sulla superficie dell'alluminio impedisce il legame: l'alluminio forma rapidamente un film di ossido di Al2O3 di spessore 2-5 nm nell'aria. Questo film è inerte e non può reagire chimicamente con la resina dello strato dielettrico,causando una resistenza di legame insufficienteSe non viene completamente rimosso prima della lavorazione, il film di ossido si separerà dallo strato dielettrico durante il ciclo termico (ad esempio, -40 °C~125 °C), causando la delaminazione.
2Il coefficiente di espansione termica (CTE) dell'alluminio è di 23 ppm/°C, mentre quello dei comuni strati dielettrici (ad es.La differenza di temperatura è pari a circa il 50% (resina epossidica) è di soli 15 ppm/°CQuando il PCB subisce fluttuazioni di temperatura, la base in alluminio e lo strato dielettrico si espandono e si contraggono a gradi diversi.generando lo stress di strappo nel tempo che provoca la crepa dello strato di legame.
3.Parametri di laminazione non controllati introducono difetti: nella tradizionale pressatura a caldo,le fluttuazioni di temperatura (superiori a ± 5°C) o la pressione irregolare provocano un flusso irregolare della resina dello strato dielettrico ̇ una pressione locale insufficiente lascia bolle d'aria, mentre una temperatura eccessiva provoca un'eccessiva stagnazione della resina (rendendola fragile e riducendo la resistenza all'incollaggio).
Impatti: dal fallimento funzionale ai rischi per la sicurezza
1.Collusione delle prestazioni di isolamento: le lacune nello strato dielettrico dopo la delaminazione causano un guasto elettrico (soprattutto in scenari ad alta tensione come gli inverter EV),che porta a cortocircuiti e esaurimento delle apparecchiature.
2.Fallito di dissipazione del calore: la funzione principale della base in alluminio è la conduzione del calore.e componenti ad alta potenza (e.per esempio, LED da 20 W) bruciano a causa di una scarsa dissipazione del calore, riducendo la loro durata da 50.000 ore a 10.000 ore.
3Perdite di massa di rilavoro: un produttore di LED ha avuto un tasso di delaminazione del 4,8% con la tradizionale stampa a caldo, con conseguente smantellamento di 5,000 PCB a base di alluminio a due strati e perdite dirette superiori a 30$,000.
Metodi di individuazione dei difetti
a.Rilevazione dei difetti ad ultrasuoni: l'utilizzo di una sonda ad alta frequenza da 20-50 MHz può rilevare delaminazioni o bolle di dimensioni superiori a 0,1 mm, in conformità allo standard IPC-A-600G 2.4.3.
b.Prove di trazione: secondo lo standard 2 IPC-TM-650.4.9, la resistenza all'incollaggio deve essere ≥ 1,5 kg/cm (forza di scorrimento tra foglio di rame e base di alluminio); valori inferiori a questo sono considerati non qualificati.
c. Prova di scossa termica: nessuna delaminazione o crepa dopo 100 cicli a -40°C~125°C è considerata qualificata; in caso contrario, il processo di attacco deve essere ottimizzato.
Confronto delle prestazioni dei diversi processi di legatura
Processo di legame | Intervallo di temperatura (°C) | Intervallo di pressione (kg/cm2) | Tempo di elaborazione (min) | Tasso di delaminamento (%) | Tasso di passaggio da scossa termica (100 cicli) | Scenario di applicazione |
---|---|---|---|---|---|---|
Collegamento tradizionale con stampa a caldo | 160-170 | 25-30 anni | 15-20 | 3.5-5.0 | 75-80% | LED di consumo a bassa potenza (ad esempio, luci indicatrici) |
Collegamento a pressione calda sotto vuoto | 170-180 | 30-40 | 20-25 | 0.3-0.8 | 98-99% | Fonti di alimentazione per veicoli elettrici ad alta potenza, luci stradali a LED |
Pressa a vuoto + trattamento con plasma | 170-180 | 30-40 | 25-30 anni | 0.1-0.3 | Oltre il 99,5% | Scenari ad alta affidabilità (militare, aerospaziale) |
Sfida 2: difetti del ciclo termico causati da prestazioni insufficienti della resina (fissure, bolle)
La resina agisce sia come "ponte di conduzione termica" che come "adesivo strutturale" nei PCB a base di alluminio a due strati.si verificheranno difetti fatali durante la lavorazione o l'uso.
Le cause profonde: scelte errate di resina e processo di indurimento improprio
1.Missompatch tra la conduttività termica della resina e lo scenario: l'utilizzo di resine ceramiche costose per scenari a bassa potenza aumenta i costi, mentre l'utilizzo di resine epossidiche ordinarie (conduttività termica 0,3-0.8 W/mK) per scenari ad alta potenza (eLa resina rimane in uno stato ad alta temperatura (> 150°C) per lungo tempo, portando alla carbonizzazione e alla crepa.
2.Disegno irragionevole della curva di indurimento: il indurimento della resina richiede tre fasi"riscaldamento → temperatura costante → raffreddamento":
a. una velocità di riscaldamento eccessivamente rapida (> 5 °C/min) impedisce ai componenti volatili della resina di sfuggire nel tempo (formando bolle);
b.Il tempo di temperatura costante insufficiente (< 15 min) provoca una indurimento incompleta (bassa durezza della resina, tendenza all'usura);
c. Un raffreddamento eccessivamente veloce (> 10 °C/min) genera una tensione interna che provoca la crepazione della resina.
3.Povera compatibilità tra resina e base di alluminio: alcune resine (ad esempio, le resine fenoliche ordinarie) hanno una scarsa adesione alla base di alluminio e tendono a "separarsi dall'interfaccia" dopo la cura.In ambienti umidi ((ad esempio, LED esterni), l'umidità si infiltra nell'interfaccia, accelerando l'invecchiamento della resina.
Impatti: degrado delle prestazioni e riduzione della durata della vita
a.Fallito di conduzione termica: un produttore di veicoli elettrici ha utilizzato una resina epossidica ordinaria (conduttività termica di 0,6 W/mK) per produrre PCB di potenza,causando la temperatura di funzionamento del modulo di raggiungere 140°C (oltre il limite di progettazione di 120°C) e l'efficienza di ricarica di scendere dal 95% all'88%.
b.Cortocircuiti causati dal crack della resina: la resina craccata espone i circuiti della lamina di rame. In presenza di acqua condensata o polvere, questo provoca cortocircuiti tra i circuiti adiacenti,che porta a tempi di fermo dell'apparecchiatura (e.g. arresto improvviso di controllori industriali).
d. fluttuazioni della qualità del lotto: i parametri di indurimento non controllati causano una differenza del 15% nella durezza della resina (testata con un tester di durezza Shore) all'interno dello stesso lotto.Alcuni PCB si rompono durante l'installazione a causa della resina troppo morbida.
Confronto delle prestazioni di diverse resine (parametri chiave)
Tipo di resina | Conduttività termica (W/mK) | Stabilità del ciclo termico (-40°C~125°C, 1000 cicli) | Resistenza massima alla temperatura (°C) | Resistenza dielettrica (kV/mm) | Costo relativo | Scenario di applicazione |
---|---|---|---|---|---|---|
Resina epossidica ordinaria | 0.3-0.8 | Tasso di cracking del 15-20% | 120-150 | 15-20 | 1.0 | Indicatori LED a bassa potenza, piccoli sensori |
Resine epossidica di ceramica | 1.2-2.5 | Tasso di cracking del 3-5% | 180-200 | 20-25 | 2.5-3.0 | LED per fari per autoveicoli, moduli a bassa tensione per veicoli elettrici |
Resina epossidica modificata al silicone | 0.8-1.2 | Tasso di cracking 2-4% | 160-180 | 18-22 | 2.0-2.2 | Display LED esterni (resistenza all'umidità) |
Resina poliammida | 0.8-1.5 | Tasso di cracking 1-2% | 250-300 | 25-30 anni | 4.0-5.0 | Sensori per forni industriali, attrezzature militari |
Punti chiave per l'ottimizzazione del processo di cura della resina
a.Velocità di riscaldamento: controllata a 2-3°C/min per evitare che i componenti volatili bollino e formino bolle.
b.Temperatura/tempo costante: 150°C/20 min per la resina epossidica ordinaria, 170°C/25 min per la resina ricoperta di ceramica e 200°C/30 min per la poliimide.
c.Velocità di raffreddamento: ≤ 5°C/min. Per ridurre lo stress interno è possibile utilizzare un raffreddamento a tappe (ad esempio, 150°C→120°C→80°C, con 10 minuti di isolamento per ogni tappa).
Sfida 3: difetti di aderenza e difetti superficiali della maschera di saldatura (peeling, fori)
La maschera di saldatura funge da "strato protettivo" dei PCB a base di alluminio a 2 strati, responsabile dell'isolamento, della resistenza alla corrosione e della prevenzione dei danni meccanici.la liscezza e l'inerzia chimica della superficie di base in alluminio rendono difficile l'adesione della maschera di saldatura, che porta a vari difetti.
Cause profonde: trattamento insufficiente della superficie e difetti nel processo di rivestimento
1.Pulizia incompleta della superficie della base in alluminio: durante la lavorazione, la superficie della base in alluminio conserva facilmente olio (fluido di taglio, impronte digitali) o scaglie di ossido.La resina maschera di saldatura non può legare strettamente con la base di alluminio e tende a sbucciare dopo la cura.
2.Processo di trattamento superficiale improprio: la pulizia chimica convenzionale elimina solo l'olio superficiale ma non può eliminare il film di ossido (Al2O3).L'adesione tra la maschera di saldatura e la base in alluminio raggiunge solo il grado 3B (secondo lo standard ISO 2409Gli strati anodizzati non sigillati mantengono i pori e la resina della maschera di saldatura si infiltra in questi pori durante il rivestimento, formando fori di spillo.
3.Parametri di rivestimento non controllati: durante la serigrafia, una pressione irregolare della compressione (ad esempio, una pressione insufficiente dei bordi) provoca uno spessore irregolare della maschera di saldatura (spessore locale < 15 μm),e le zone sottili sono inclini alla rotturaLa temperatura di asciugatura eccessivamente elevata (> 120°C) provoca un trattamento prematuro della superficie della maschera di saldatura, intrappolamento dei solventi all'interno e formazione di bolle.
Impatti: riduzione dei rischi per l'affidabilità e la sicurezza
a.Fallito del circuito a causa di corrosione: dopo la desintegrazione della maschera di saldatura, la base in alluminio e la lamina di rame sono esposte all'aria.Acqua piovana e spruzzo di sale causano corrosione, aumentando la resistenza del circuito e riducendo la luminosità del LED di oltre il 30%.
b. Cortocircuiti causati da fori di perno: i fori di perno più grandi di 0,1 mm diventano "canali conduttivi"." La polvere o i detriti metallici che entrano in questi fori causano cortocircuiti tra le giunture di saldatura adiacenti, per esempio, i cortocircuiti nei PCB EV provocano esplosioni dei fusibili.
c.Rifiuto da parte del cliente a causa di un aspetto scadente: maschere di saldatura e bolle irregolari influenzano l'aspetto del PCB.000 PCB a base di alluminio a due strati a causa di questo problema, con costi di rielaborazione superiori a 22$,000.
Confronto delle prestazioni dei trattamenti superficiali a base di alluminio
Processo di trattamento superficiale | Passi fondamentali | Tempo di elaborazione (min) | Grado di adesione (ISO 2409) | Resistenza agli spruzzi di sale (500 ore, tasso di ruggine) | Roverezza superficiale (Ra, μm) | Costo relativo |
---|---|---|---|---|---|---|
Pulizia chimica convenzionale | Degrasia → decapaggio → lavaggio con acqua | 10-15 | 3B-4B (sbucciatura dei bordi) | 8-10% | 0.2-0.3 | 1.0 |
Passivazione chimica | Degrasamento → decapaggio → passivazione (cromato) → lavaggio con acqua | 15-20 | 2B-3B (sbucciatura minore) | 3-5% | 0.3-0.4 | 1.8 |
Anodizzazione (sigillata) | Degrasamento → anodizzazione → sigillamento (sale di nichel) → lavaggio con acqua | 25-30 anni | 5B (senza sbucciatura) | < 1% | 0.8-1.0 | 3.5 |
Pulizia del plasma + anodizzazione | Pulizia del plasma → Anodizzazione → Sigillatura | 30-35 | 5B+ (supera l'adesione standard) | < 0,5% | 1.0-1.2 | 4.2 |
Punti chiave per l'ottimizzazione del processo di rivestimento della maschera di saldatura
a.Selezione dello schermo: utilizzare schermi in poliestere da 300-400 maglie per garantire uno spessore uniforme della maschera di saldatura (20-30 μm).
b. Parametri della gomma: pressione 5-8 kg, angolo 45-60°, velocità 30-50 mm/s per evitare impronte mancanti o spessore irregolare.
c.Asciugatura e curatura: asciugatura in due fasi a 80°C/15min (pre-asciugatura per rimuovere i solventi) e a 150°C/30min (curatura completa) per evitare la formazione di bolle.
Fabbricazione di PCB a base di alluminio a due strati: soluzioni autorizzate e migliori pratiche
Per affrontare le tre sfide di cui sopra,I principali produttori del settore hanno aumentato il rendimento dei PCB a base di alluminio a due strati dal 75% a oltre l'88% attraverso "ottimizzazione dei processi + aggiornamento delle attrezzature + miglioramento dell'ispezione della qualità"." Qui di seguito sono riportate soluzioni valide e praticabili.
Soluzione 1: processo di legatura di precisione Risoluzione dei problemi di delaminazione e di bolla
Idea di base: eliminare le pellicole di ossido + controllare con precisione i parametri della stampa a caldo
1.Pre-trattamento della superficie della base in alluminio: pulizia del plasma
Utilizzare un detergente per plasma atmosferico (potenza 500-800W, gas: argon + ossigeno) per pulire la superficie della base di alluminio per 30-60s. Il plasma scompone il film di ossido (Al2O3) e forma gruppi attivi idrossilici (-OH),aumentando la forza di legame chimico tra la resina dello strato dielettrico e la base in alluminio di oltre il 40%.la forza di trazione di attacco è aumentata da 1Da 0,2 kg/cm a 2,0 kg/cm, superando di gran lunga gli standard IPC.
2.Apparecchiatura di laminazione: Pressatura a vuoto + monitoraggio in tempo realeSelezionare una pressatura a vuoto con sistema di controllo della temperatura PID (grado di vuoto ≤-0,095MPa) per ottenere:
a.controllo della temperatura: fluttuazione ±2°C (ad esempio, la temperatura di laminazione per la resina ceramica è di 175°C, con deviazione effettiva ≤±1°C);
b.controllo della pressione: precisione ±1 kg/cm2, con regolazione della pressione in zona (pressione di bordo superiore del 5% alla pressione centrale) per evitare flussi di strato dielettrico irregolari;
c. controllo del tempo: impostato in base al tipo di resina (ad esempio, tempo di laminazione di 30 minuti per la resina poliamida) per evitare un insufficiente o un eccessivo trattamento.
3- Ispezione post-connessione: 100% di rilevamento difetti ad ultrasuoni
Immediatamente dopo la laminazione, eseguire una scansione con una sonda ad ultrasuoni a 20 MHz per rilevare la delaminazione e le bolle.2 mm di diametro o delaminati ≥ 1 mm di lunghezza non qualificati e rielaborati (trattamento con plasma di nuovo + laminazione), con un rendimento di rielaborazione superiore al 90%.
Caso di applicazione
Dopo aver adottato la soluzione "pulizia a plasma + pressione a caldo sotto vuoto", un produttore di lampadari a LED ha ridotto il tasso di delaminazione dei PCB a base di alluminio a due strati dal 4,5% allo 0,3%.La temperatura di funzionamento dei moduli di illuminazione stradale è scesa da 135°C a 110°C, la durata è passata da 30.000 ore a 50.000 ore e i costi post-vendita sono diminuiti del 60%.
Soluzione 2: Selezione della resina e ottimizzazione della cura Risoluzione del crack e della conducibilità termica insufficiente
Idea di base: abbinare le resine a scenari + curve di curatura digitale
1.Guida alla selezione delle resine (per potenza/ambiente)
a.Low Power (<5W): resina epossidica ordinaria (a basso costo, ad esempio resina di grado FR-4) per sensori interni e piccoli LED.
b.Potenza media (5-20 W): resina epossidica confezionata con ceramica (ad esempio resina contenente 60% di allumina, conducibilità termica di 2,0 W/mK) per fari per automobili e luci di soffitto LED per uso domestico.
c.Alta potenza (> 20 W): resina epossidica modificata al silicone (buona resistenza agli urti termici) o resina poliammida (resistenza alle alte temperature) per moduli di ricarica dei veicoli elettrici e regolatori di potenza industriali.
d. ambienti ad alta temperatura (> 180°C): resina poliammida (resistenza a temperatura di 300°C) per apparecchiature militari e aerospaziali.
2.Controllo digitale del processo di indurimentoUtilizzare un forno di indurimento con un sistema di controllo PLC e preimpostare "curve di indurimento personalizzate".
a.Fase di riscaldamento: 2°C/min, da temperatura ambiente a 170°C (65min);
b.Fase a temperatura costante: 170°C per 25 minuti (per garantire la completa cura della resina);
c.Fase di raffreddamento: 3°C/min, da 170°C a 80°C (30min), quindi raffreddamento naturale a temperatura ambiente.
Il controllo digitale riduce la variazione di durezza della resina all'interno dello stesso lotto a ± 3% (testato con un tester di durezza Shore D), molto meglio del ± 10% dei tradizionali forni di indurimento.
3Verificazione delle prestazioni della resina: prova di resistenza termica
Dopo il trattamento, campionare in modo casuale e effettuare una prova di conduttività termica con laser flash (secondo la norma ASTM E1461) per garantire una deviazione della conduttività termica ≤ ± 10%.Simultaneamente eseguire la prova di resistenza termica (per IPC-TM-650 Standard 2).6.2.1) Per esempio, la resistenza termica dei PCB di potenza EV deve essere ≤ 0,8°C/W; in caso contrario, regolare il rapporto di resina o i parametri di indurimento.
Caso di applicazione
Un produttore di veicoli elettrici ha inizialmente utilizzato resina epossidica ordinaria (conduttività termica di 0,6 W/mK) per produrre PCB per moduli di ricarica, con conseguente temperatura del modulo di 140 °C.Dopo il passaggio alla resina epossidica ricoperta di ceramica (conduttività termica 2.2 W/mK) e ottimizzando la curva di indurimento, la temperatura del modulo è scesa a 115°C e l'efficienza di ricarica è passata dall'88% al 95%, soddisfacendo i requisiti di ricarica rapida.
Soluzione 3: Ottimizzazione dell'adesione della maschera di saldatura
Idea di base: trattamento superficiale di precisione + rilevamento dei difetti in tutto il processo
1Trattamento superficiale della base in alluminio in tre fasi Per scenari ad alta affidabilità (ad esempio, EV, militari), adottare il processo in tre fasi di "pulizia plasmatica → anodizzazione → sigillamento":
a.Pulizia del plasma: rimuovere le pellicole di ossido e l'olio (30s, argon + ossigeno);
b.Anodizzazione: elettrolizzare in una soluzione di acido solforico (densità di corrente 1,5 A/dm2, 20 min) per formare un film di ossido di 10-15 μm di spessore (struttura porosa per migliorare l'adesione);
c. Sigillamento: sigillamento con sale di nichel (80°C, 15 minuti) per bloccare i pori nel film di ossido e impedire che la resina della maschera di saldatura si infiltrasse e formasse fori.
Dopo il trattamento, la rugosità superficiale della base di alluminio raggiunge Ra 1,0 μm, l'adesione della maschera di saldatura raggiunge il grado 5B (ISO 2409), e la resistenza allo spruzzo di sale è migliorata a 500 ore senza ruggine.
2. Rivestimento della maschera di saldatura: stampa a schermo + ispezione AOI al 100%
a.Processo di rivestimento: schermo a 350 maglie, pressione della gomma di 6 kg, angolo 50°, velocità 40 mm/s per garantire uno spessore della maschera di saldatura di 20-25 μm (uniformità ±2 μm);
b.Asciugatura e curatura: 80°C/15min di pre-asciugatura, 150°C/30min di curatura completa per evitare la crostazione superficiale;
c.Rilevazione dei difetti: utilizzare un rivelatore 2D+3D AOI (risoluzione 10μm) per l'ispezione al 100% dei fori di perno (≤ 0,1 mm è qualificato), peeling (non è qualificato peeling dei bordi),e spessore irregolare (la deviazione ≤ 10% è qualificata)I prodotti non qualificati vengono ricoperti o smaltiti.
Caso di applicazione
Dopo aver adottato la soluzione "trattamento superficiale in tre fasi + ispezione AOI al 100%", un produttore di display a LED per esterni ha ridotto il tasso di desquamazione della maschera di saldatura dall'8% a 0.5% e il tasso di foratura da 5% a 0.2%. I display sono stati utilizzati in un ambiente di spruzzo di sale costiero per 2 anni senza problemi di corrosione.
Sistema di ispezione della qualità a processo completo per PCB a base di alluminio a due strati (con tabella standard)
La soluzione definitiva alle sfide della produzione risiede in un sistema di controllo della qualità completo che combina "prevenzione + rilevamento." Di seguito è riportato un sistema di ispezione della qualità sviluppato secondo gli standard IPC e ASTM, che può essere attuato direttamente.
Tabella di controllo della qualità del processo completo (punti fondamentali)
Fase di produzione | Articolo di ispezione | Attrezzature di controllo | Norma di riferimento | Limita di qualificazione | Rapporto di ispezione | Manipolazione di prodotti non qualificati |
---|---|---|---|---|---|---|
Pretrattamento della base di alluminio | Film di olio/ossido superficiale | Interferometro della luce bianca + angolo di contatto | IPC-TM-650 2.3.18 | Angolo di contatto ≤ 30° (idrofila, senza olio); spessore della pellicola di ossido ≤ 1 nm | 100% | Ripulizia plasmatica |
Dopo la laminazione | Delaminazione, bolle | Detettore di difetti ad ultrasuoni a 20 MHz | IPC-A-600G 2.4.3 | Nessuna delaminazione; diametro delle bolle < 0,2 mm e numero < 3 / m2 | 100% | Fabbricazione a partire da prodotti della voce 8528 |
Dopo il trattamento con resina | Conduttività termica, durezza | Tester di conduttività termica laser flash, Tester di durezza di riva D | ASTM E1461, IPC-4101B | deviazione della conduttività termica ± 10%; durezza ≥ 85D | 5% (cambiamento di campioni) | Regolare la curva di indurimento, riprodurre |
Dopo il rivestimento con maschera di saldatura | Adesione, fori, spessore | Testatore di taglio incrociato, AOI 2D+3D, misuratore di spessore | ISO 2409, IPC-A-600G 2.8.1 | Grado di adesione 5B; fori < 0,1 mm; spessore 20-25 μm | 100% | Maschera o rottame di saldatura da rivestimento |
Prodotto finito | Via Conduttività, Resistenza Termica | Testatore di sonde volanti, testatore di resistenza termica | IPC-TM-650 2.6.2.1 | Via conducibilità 100%; resistenza termica ≤ 10% del valore di progetto | 100% | Fabbricazione a partire da prodotti della voce 8528 |
Prodotto finito | Resistenza alla temperatura (shock termico) | Camera ad alta e bassa temperatura | IEC 60068-2-14 | Nessun difetto dopo 100 cicli a -40°C~125°C | 1% (campionamento) | Analizzare le cause del fallimento, ottimizzare il processo |
Selezione raccomandata delle principali attrezzature di controllo della qualità
a.Livello di ingresso (fabbricanti di piccole e medie dimensioni): rilevatori di difetti a ultrasuoni di base (ad esempio, Olympus EPOCH 650), tester a taglio trasversale manuali e tester di durezza a terra.000, soddisfacendo le esigenze di base di controllo della qualità.
b.Livello medio-alto (grandi produttori/scenari ad alta affidabilità): AOI 2D+3D (ad esempio, Koh Young KY-8030), tester di conduttività termica laser flash (ad esempio, Netzsch LFA 467),e testatori di sonde volanti completamente automatizzati (e.g., Seica Pilot V8). Costo: circa 75.000-150 dollari,000, consentendo una rilevazione completamente automatizzata e migliorando l'efficienza.
FAQ: Domande comuni sulla produzione di PCB a base di alluminio a due strati
1Qual è la ragione principale per cui i PCB a base di alluminio a due strati sono più difficili da produrre rispetto ai PCB FR4 ordinari?
Il nocciolo è la compatibilità dei materiali e la complessità dei processi:
a.in termini di materiali, la differenza CTE tra gli strati di alluminio (23 ppm/°C) e quelli dielettrici (15 ppm/°C) è elevata, generando facilmente tensioni termiche;mentre la differenza CTE tra FR4 (110ppm/°C) e foglio di rame (17ppm/°C) può essere tamponata dalla resina, non richiede ulteriori trattamenti.
b.In termini di processi, i PCB a base di alluminio a due strati richiedono trattamenti superficiali aggiuntivi a base di alluminio (ad esempio, pulizia del plasma, anodizzazione) e legame a pressione calda sotto vuoto ∼30% in più di step rispetto al FR4;FR4 può essere forato direttamente e inciso con maturo, semplici processi.
2Come determinare rapidamente se la selezione della resina è appropriata?
Un giudizio preliminare può essere effettuato utilizzando la formula di corrispondenza "conduttività termica-potenza":
Conduttività termica richiesta della resina (W/mK) ≥ Potenza del componente (W) × Aumento di temperatura ammissibile (°C) / Area di dissipazione del calore (m2)
Per esempio: per un componente LED da 20 W con un aumento di temperatura ammissibile di 50 °C e una superficie di dissipazione del calore di 0,001 m2, la conduttività termica richiesta ≥ (20×50)/0,001 = 1000?deve essere presa in considerazione la sovrapposizione della resistenza termica (resistenza termica della base in alluminio + resistenza termica della resina)Per semplicità: selezionare resine ricoperte di ceramica con 1,2-2,5 W/mK per potenza media (5-20W) e resine con ≥2,0 W/mK per potenza elevata (>20W) ̇ questo raramente sarà errato.
3Le maschere di saldatura sgusciate possono essere rifatte?
Dipende dalla situazione:
a.Se l'area di sbucciatura è < 5% e non vi è residuo di resina, il rilavoro può essere eseguito mediante "polito di carta vetrata a 2000 maglie → pulizia con alcol isopropilico → rivestimento con maschera di saldatura → indurimento." L' adesione dopo il rifacimento deve essere riprovata (per raggiungere il grado 5B).
b.Se la superficie di sbucciatura è superiore al 5% o se sulla superficie della base in alluminio è presente una resina residua (difficile da rimuovere), si raccomanda lo smaltimento per evitare un nuovo sbucciamento dopo il rilavoro.
Conclusione: la "chiave di svolta" e le tendenze future nella produzione di PCB a base di alluminio a due strati
The manufacturing challenges of 2-layer aluminum base PCBs essentially stem from the "compatibility conflict between metallic and non-metallic materials"—the heat conduction advantage of aluminum conflicts with the process requirements of dielectric layers and solder masksIl nucleo della soluzione di questi problemi non si basa su una singola svolta tecnologica, ma sul "controllo preciso dei dettagli del processo":dalla rimozione di film di ossido da 1 nm sulla superficie della base in alluminio al controllo della temperatura a ±2°C della resistenza alla resina, e l'uniformità dello spessore di 10 μm della maschera di saldatura, ogni fase deve essere eseguita secondo le norme.
Attualmente l'industria ha sviluppato soluzioni mature: pressatura a caldo sotto vuoto + trattamento al plasma per risolvere i problemi di incollaggio,selezione della resina basata su scenari + indurimento digitale per risolvere i problemi di stabilità termica, e anodizzazione + 100% ispezione AOI per risolvere i problemi delle maschere di saldatura.e elettronica industriale.
In futuro, con la diffusione di apparecchiature elettroniche ad alta potenza (ad esempio piattaforme elettriche a 800 V, inverter di accumulo di energia ad alta potenza), la domanda di PCB a base di alluminio a due strati continuerà a crescere,e le tecnologie di produzione si muoveranno verso "precisione più elevata e maggiore automazione": l'ispezione visiva AI identifica in tempo reale le bolle di incollaggio (precisione fino a 0,05 mm), l'apprendimento automatico ottimizza automaticamente le curve di indurimento (adattando i parametri in base ai lotti di resina),e la tecnologia di stampa 3D può essere utilizzata per strati dielettrici personalizzati (adatti a strutture complesse a base di alluminio).
Per i fabbricanti:padroneggiare le principali tecnologie di produzione dei PCB a base di alluminio a due strati non solo migliora la competitività del prodotto, ma coglie anche il "primo vantaggio" nel mercato dell'elettronica ad alta potenzaDopotutto, nell'era dell'elettronica, la ricerca di una dissipazione del calore efficiente e di un'elevata affidabilità," l'importanza dei PCB a base di alluminio a due strati aumenterà solo e risolvere le sfide di produzione è il primo passo per cogliere questa opportunità.
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