谈导热材料多层厚铜板制作工艺

叶锦群 张永谋 张亚锋

（胜宏科技（惠州）股份有限公司，广东 惠州 516211）

0 前言

随着电子产品的小型化、智能化、多功能化及各种功能模块一体化，对高功率电源模块也带来新的挑战，要求印制电路板（PCB）具有更好的耐热、导热、散热功能。FR-4散热基板一般以填充二氧化硅、三氧化硅或陶瓷粉来提高其导热性，而添加此类填料的预浸材料（PP）流动性大大降低，用此类材料在生产多层厚铜电源板时增加了压合生产中的难度，以及在钻孔、沉铜工序也存在一定难度，主要体现在压合填胶难、激光钻孔失真、机械钻孔毛刺、沉铜除胶不尽等几个问题上。

1 压合填胶问题的解决

由于FR-4散热材料主要是添加二氧化硅、三氧化硅或陶瓷粉来提高其导热性，其PP的流动性大大降低，给压合多层厚铜板过程中填胶增加了不少难度。压合参数方面，材料厂商已给出要求，一般升温速率为2.0～4.0 ℃/min（80～140 ℃），而叠板方面就需根据生产板的实际情况做出调整。

1.1 试验条件

压合叠构条件见表1所示，叠板条件分：方案一，盖板前加全新牛皮纸缓冲；文案二，文案一加叠层多以钢板洞加缓冲垫。

表1 压合叠构条件表

1.2 测试结果

（1）测试序号1板，经过测试观察均无压合不良的问题；（2）测试序号2板，按叠板方案1线间隙有空洞出现；叠板方案2线间隙无压合不良的问题（3）测试序号3板，按叠板方案1线间隙有空洞出现；按叠板方案2线间隙无压合不良的问题。

1.3 小结

（1）在（80～140 ℃）升温速率（2.0～3.0）℃/min，盖板前加全新牛皮纸缓冲即可满足铜厚70 μm导热材料板的压合，不需要另加缓冲垫。

（2）在（80～140 ℃）升温速率（2.5～4.0）℃/min，只在盖板前加全新牛皮纸缓冲，不能满足铜厚105 μm和铜厚140 μm的导热材料板的压合；在叠层每张钢板间添加缓冲垫后可有效解决压合条件问题，达到品质要求。

2 激光工艺参数的试验

高导热材料填料比例达70%以上，使激光穿透能力明显下降，容易造成盲孔底部树脂残留、玻纤突出、孔径失真等问题。针对型号106/1080/2113高导热材料调整激光钻孔参数进行测试，找出合理激光钻孔参数范围，测试参数如图1所示。

图1 激光参数

2.1 参数说明

由于是厚铜多层板，激光钻孔底铜较厚，在不烧黑底铜或造成蟹脚问题的前提下加大能量，特别是首发加大能量，修孔逐渐降低能量，修孔发数根据修孔效果而定。

2.2 小结

（1）据实验测试说明：0.15 mm（6 mil）激光孔径、介厚＜0.125 mm（5 mil）时，激光参数光圈减小、脉宽加大、适当加大能量（较普通材料能量增加10%）、开窗1发数不变，修孔发数增加可有效控制激光针圆度。

（2）0.2 mm（8 mil）激光孔径、介厚＜0.14 mm（5.5 mil）时，激光参数光圈减小、脉宽加大、适当加大能量、开窗1发数不变，修孔发数增加可有效控制激光针圆度。

3 机械钻孔工艺参数的试验

常规参数生产导热材料多层厚铜板过程中，因材料为三氧化硅填充料，硬度大，多层厚铜，压合过程采用了缓冲垫有线路痕迹的凹陷，机械钻孔中出现了钻头磨损很严重而产生爆孔，毛刺等异常，为此采取了以下措施。

（1）钻头选用：金洲精工92 mL，TC高硬度涂层钻刀。

（2）钻孔垫板使用酚醛材料，铝片厚度要求0.25 mm。

（3）钻孔方式：分段钻。

（4）激光钻孔前减铜，面铜只有9 μm，铜面又有线路痕迹的凹陷，钻孔过程中铜的硬度不足以支撑钻头对基材的冲击，为此在机械钻孔前选择先做填孔电镀，增加面铜的厚度52 μm（1.5 oz）左右。

（5）钻孔参数设置（日立钻机）见表2所示。

表2 机械钻孔参数

钻孔参数调整原因说明：针对主要问题毛刺及毛刺面孔边爆进行调整参数，对下刀速度调慢，较普通钻孔参数缩减50%至80%以上。

实验结果：在调整钻孔参数中降低下刀速度50%～70%均不能解决孔口基材爆的问题，最终以先做填孔电镀增加面铜，钻孔下刀速度较普通钻孔参数降低80%以上才解决问题。

小结：（1）FR-4导热材料有盲孔工艺时需填孔电镀后再机械钻孔；（2）钻孔参数方面，主要影响毛刺及孔边的基材爆因素为下刀速度。

4 沉铜除胶

FR-4导热材料除钻污需同高频材料一样先进行150 ℃烘烤1 h，再等离子除胶，D/P除胶两次，方可满足品质要求。

5 总结

（1）铜厚70 μm的FR-4导热材料多层板压合过程只需加全新牛皮纸缓冲即可填胶充分;而铜厚增加到105 μm以上则必须加缓冲垫方能解决压合填胶问题。

（2）激光钻孔方面，通过适当控制激光能量及修孔次数可有效解决FR-4导热材料盲孔失真等问题。

（3）影响机械钻孔爆板、毛刺问题的主要原因是压合造成线路凹陷、激光钻孔减铜及钻孔下刀速度3大因素。

（4）FR-4导热材料除钻污需同高频材料一样先进行150 ℃烘烤1 h再等离子除胶，D/P除胶两次。