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 產品背景

近年來LED產業飛速發展，但散熱問題一直困擾LED，尤其是大功率LED在照明領域中的應用和發展。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域的應用，是PCB的一個重要分支，市場前景廣闊。

HDI銅基汽車板對導熱要求很高，普通FR4絕緣材料已不能滿足導熱要求，需要選擇導熱性絕緣層材料。材料由核心導熱成分為三氧化二鋁及硅粉和環氧樹脂填充的聚合物構成，不含玻璃布，熱阻小粘性好，能夠承受機械力及熱應力。

2 產品介紹

2.1 產品信息

本款HDI銅基汽車板產品是LED車燈上的一款產品，對散熱要求非常高。產品介紹內容包括產品信息、CAM資料和疊構、作業流程三部分。HDI銅基板的成品圖片（見圖1）。產品信息（見表1）。

圖1 成品（左：銅基面，右:表面電路）

表1 產品基本信息

2.2 產品資料及疊構（見圖2）

圖2 產品工程資料及疊構圖

2.3 作業流程

內層：開料→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

3 產品重難點及解決方案

產品重難點及解決方案見表2，樣品制作結果完好。

4 技術難點攻關

4.1 壓合

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

4.2 鉆孔

制作難點：由于銅基板硬度大，鉆孔是銅基板制作難點之一。隨著鉆孔深度逐漸增大，鉆頭排屑逐漸出現不良，造成鉆孔斷鉆頭；轉速過高會有披鋒，過低會導致斷鉆頭或者卡死鉆機；進刀速太快會造成鉆頭上產生巨大熱量無法及時散發出去，嚴重影響鉆頭的壽命。

解決方案：對于銅基板，鉆孔銅面朝上加蓋鋁片和墊板，適當降低鉆孔速率，分5步鉆孔，3.0 mm以上孔工程資料設計擴孔。具體鉆孔參數見表5。

4.3 銑板

制作難點：銅基板的材質硬度大且延展性好，銑板是制作難點。銑板采用普通銑刀材質，會導致排屑不良，在銑刀的排屑槽內大量堆積切屑，嚴重影響銑刀壽命和銑板毛刺；主軸轉速過低，會造成切削力低、毛剌大，而且容易斷刀；行進速度越低，切削越充分，毛刺越小。

解決方案：從銑刀的材質和形狀考慮選用鋁基板銑刀，硬度高、排屑好；銑板在工程資料設計2把銑刀，第1把刀預銑，預留0.1 mm空間，第2把刀精銑；降低銑板速率，全程噴酒精對銑刀降溫。

表2 產品重難點及解決方案

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，通過調整銑板補償，SET尺寸做中值，挑合格尺寸交貨。銑板參數見表6。

4.4 異常分析及解決

銅基板制作過程中發現壓合后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，對需要打靶的位置干膜開窗，通過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。制作結果：紫銅減薄至1/3左右，X-RAY可以穿透紫銅識別靶標打靶。

5 制作結論

HDI銅基板因高導熱需求，采用低流膠高導熱絕緣層材料，紫銅厚度為1.0 mm，制作難度較大。銅基板的關鍵技術方面制作結果如下：（1）銅基板采用低流膠高導熱絕緣層，對壓合有特殊要求，經過排版和壓合參數優化，壓合結果料溫曲線和熱應力測試合格。（2）經過鉆孔參數優化，對于3.0 mm及以上孔徑工程設計擴鉆，鉆孔參數并分5段，鉆孔速率降低，鉆孔結果孔粗及孔口披鋒小，品質合格。（3）經過銑板參數優化，先預銑再精銑，選用鋁基板銑刀，降低銑板速率，對銑刀降溫，結果邊界光滑，品質合格。（4）銅基板壓合后不能打靶，通過對靶標處紫銅減薄至1/3后，X-RAY可以識別靶標打靶。另外，考慮后續的優化如下：（1）銅基板的銑板發熱量很大，過程需要不停噴酒精對銑刀降溫，而且單人單軸制作效率低，最佳方案引進專用鋁基板銑機設備；（2）目前的X-RAY打靶設備尚不能對1.0 mm厚度紫銅的銅基板打靶，可以在壓合前對紫銅將靶孔及鉚合孔鉆出，壓合后可以省去打靶工序。