谈特种热电分离PCB铜基板制作

2021-09-20黄英海肖泽武

印制电路信息 2021年9期

黄英海肖泽武

（吉安满坤科技股份有限公司，江西吉安 343100）

目前印制电路板（PCB）行业制作特种板的趋势越来越明显，PCB厂的转型势在必行；而相对普通PCB其特种产品单价要高出几十上百倍，但传统的板厂其生产设备、管理模式、技术团队都已很难满足特种板的制作要求；因特种板的价格相对较高，其技术要求及制作工艺也相对普通PCB要高出很多很多。从如今的发展及未来的科技进步趋势看，高端特种PCB的需求空间是无法估量的，正因很多企业看到了这点，以此都在特种PCB上投入大量研发资金及组建强大的技术团队。特种板有很多种类，五花八门（汽车类铜基、多层铝基，通讯类、工控类特殊材料等）；现我们以一款热电分离铜基板进行探讨研究，该类板在高端汽车灯上运用的比较多，传统的铝基板已无法满足高端汽车灯的高散热及通电功能；而铜基板是通电部分与散热部分互不相关，各司其职，但又是一个整体，达到整体运作的协调。同时因要求高导热、高电流通过，对此电路板的稳定性品质要求及精度要求提出了更为严格的标准。下面我们对一款比较普遍的3 mm厚的铜基板作为整体的研究加工解析。

1 热电分离板的基本结构

热电分离板的基本结构如图1和图2所示。

图1 铜基板结构图

图2 铜基PCBA结构图

厚度的要求需根据导热系数、通电量的要求而定；导热部分与通电部分进行分离，但要整体表面平整，高度差应小于0.03 mm。

2 制作流程

2.1 加工流程

铜基：正常开料→凸台制作（导热凸台制作）

FR-4：正常制作单面或双面线路

FR-4+纯胶：纯胶开料→与FR4线路板预贴→成型（铣出凸台位置）

（FR-4+纯胶）+铜基：压合→钻孔（PNL板边工具孔）→阻焊→化金→钻孔→成型铣沉头槽（精雕机制作）→V-CUT→成型（外型）

2.2 重点工序说明

2.2.1 铜基开料

铜基的加工开料不宜过大，铜基的厚度决定开料尺寸，目前制作铜金属电路板基本选择红铜，厚度基本可选1 mm～6 mm，正常情况下开料尺寸可以控制在457.2 mm×406.4 mm以内为最为合适，厚铜开料尺寸过大因重量问题不易加工（2.5 mm～6 mm）；而薄铜≤1 mm厚度的开料过大也会因单面图形受力而导致板翘曲而影响加工；最适合的铜基加工厚度在1.5 mm～2.5 mm之间。当然铜的厚度要与散热有关，需要根据客户要求而制定加工尺寸。

2.2.2 铜基凸台的制作

通过贴膜曝光的方法，显影后凸台通常的做法都是使用蚀刻的方式制作，计算好蚀刻速率，根据蚀刻速率计算出蚀刻速度达到凸台的高度。凸台高度、宽度非常关键，制作精度公差控制在±25 μm（1 mil）范围内，因精度直接影响到FR-4与凸台之间的结合；蚀刻速率计算公式见图3所示。

图3 蚀刻速率计算公式

2.2.3 PCB板+纯胶（正常厚度≥50 μm）

（1）将做好线路后的PCB压合面与纯胶黏贴，采用热压轮传热方式，温度为100 ℃～150 ℃，速度为3 m/min将PCB与纯胶初步粘合成半固化状态，见图4所示。

图4 纯胶+FR-4 PCB结构图

（2）采用CNC将凸台位置铣出，公差要求要控制在±0.05 mm以内（要与凸台公差设计相互弥补），见图5所示。

图5 FR-4凸台锣孔位置图

2.2.4 压合的制作

（1）因铜基厚，FR-4PCB薄，加上凸台与PCB板之间会有一定的高度公差，为了确保压合的品质，叠板需要采用3 mm厚度的硅胶进行缓冲，一层一盘方式。

（2）压合参数为170 ℃、90 min，压力为1.0 Mpa（需要根据纯胶厚度及供应商要求参数而定，每家产品均有不同条件）。

2.2.5 钻孔与阻焊

钻孔要使用生产金属板专用刀制作，阻焊按正常PCB制作流程，因铜基重，采用传统插板笼架，曝光不适合自动机，需选用传统手动机曝光机生产。

2.2.6 成型、V槽加工

热电分离型铜基板使用在高导热型车灯上，普遍有沉头槽要求，单元板小而且是拼版设计，因此在成型工序有沉孔加工及V槽加工。这两点都有严格的精度要求，通常客户均要求加工能力CPK大于1.33。

（1）因铜厚度问题，V-cut是完全不能按正常FR-4要求及思路去制作的。

采用在制板进行V-cut，同时V-cut铜时要选用钻石刀进行加工，速度参数要根据实际铜厚进行在同一V-cut位置多次重复的逐步加深的方式进行，才能保证品质（因铜是金属，V-cut时散热及设备的扭力直接影响V-cut质量；如果V-cut不是多次数的逐步加深的方式制作易出现铜面粗糙、卷铜屑、V槽底部不规则现象）。

（2）成型沉孔加工。

①与普通FR-4沉头做法一样，先将加工台面调校成基础面0（控深CNC设备最好）；

②选用专用的金属板铣刀（防止槽底部出现不符角度，如图6所示）；