2025 Dwuwarstwowe płytki PCB aluminiowe: 3 podstawowe wyzwania technologiczne + rozwiązania (tabela QC pełnego procesu)

Obrazy zaantropizowane przez klienta

W sektorze elektroniki dużej mocy dwuwarstwowe płytki PCB z podstawą aluminiową stały się „niezbędnymi komponentami” oświetlenia LED, modułów zasilania pojazdów elektrycznych i przemysłowych sterowników mocy dzięki doskonałym właściwościom rozpraszania ciepła. Według raportu firmy Grand View Research wielkość globalnego rynku płytek PCB na bazie aluminium osiągnęła w 2023 r. 1,8 miliarda dolarów, przy czym udział 2-warstwowych płytek PCB na bazie aluminium stanowił 35% i rósł w tempie ponad 25% rocznie. Jednak ich wydajność produkcyjna od dawna jest niższa niż w przypadku tradycyjnych płytek PCB FR4 (średnia wydajność 75% w porównaniu z 90% w przypadku FR4), a wąskie gardła rdzenia wynikają z trzech wyzwań technicznych: kompatybilności pomiędzy podstawą aluminiową a warstwą dielektryczną, stabilnością termiczną żywic i przyczepnością masek lutowniczych. Problemy te nie tylko zwiększają koszty produkcji, ale także stwarzają ryzyko awarii sprzętu z powodu przegrzania i zwarć — na przykład producent samochodów stanął kiedyś przed koniecznością wycofania z rynku tysięcy pojazdów po tym, jak rozwarstwienie płytki drukowanej na podstawie dwuwarstwowej aluminiowej podstawy spowodowało awarię modułu zasilania pojazdu elektrycznego.

W tym artykule szczegółowo przeanalizujemy podstawowe problemy techniczne związane z produkcją dwuwarstwowych płytek PCB na bazie aluminium, przedstawimy praktyczne rozwiązania oparte na najlepszych praktykach branżowych i uwzględnimy tabelę procesu kontroli jakości, która pomoże producentom poprawić wydajność i zmniejszyć ryzyko.

Kluczowe dania na wynos
1. Kontrola jakości klejenia: Zastosowanie próżniowego prasowania na gorąco (temperatura 170-180℃, ciśnienie 30-40kg/cm²) w połączeniu z plazmową obróbką powierzchni może zmniejszyć szybkość rozwarstwiania pomiędzy podstawą aluminiową a warstwą dielektryczną do poziomu poniżej 0,5%, znacznie przekraczając szybkość rozwarstwiania w przypadku tradycyjnego prasowania na gorąco (3,5-5,0%).
2. Kryteria wyboru żywicy: W przypadku scenariuszy o średniej i dużej mocy (np. diody LED reflektorów samochodowych) należy preferować żywice epoksydowe z wypełnieniem ceramicznym (przewodność cieplna 1,2-2,5 W/mK); w przypadku scenariuszy charakteryzujących się wysoką temperaturą (np. piece przemysłowe) wybierz żywice poliimidowe (odporność na temperaturę 250-300 ℃), aby uniknąć pękania pod wpływem cykli termicznych.
3. Zapobieganie defektom maski lutowniczej: Aluminiowa powierzchnia podstawy musi zostać poddana obróbce „odtłuszczanie → wytrawianie → anodowanie”. Przyczepność powinna osiągnąć stopień 5B (bez łuszczenia) w testach nacięcia, a średnica otworu wykryta przez AOI musi wynosić <0,1 mm, co może zmniejszyć ryzyko zwarcia o 90%.
4. Kontrola jakości całego procesu: Obowiązkowe elementy kontroli obejmują wykrywanie wad ultradźwiękowych (po laminowaniu), badanie przewodności cieplnej za pomocą błysku lasera (po utwardzeniu żywicy) i testowanie latającej sondy (dla gotowych przelotek). Zgodność ze standardami IPC może zwiększyć wydajność do ponad 88%.

3 podstawowe wyzwania techniczne w produkcji dwuwarstwowych płytek PCB na bazie aluminium
Wyjątkowość strukturalna 2-warstwowych aluminiowych płytek PCB (podłoże aluminiowe + warstwa dielektryczna + dwuwarstwowa folia miedziana) sprawia, że ​​proces ich produkcji jest znacznie bardziej złożony niż w przypadku płytek PCB FR4. Nieodłączna „luka kompatybilności” pomiędzy metalicznymi właściwościami aluminium a niemetalicznym charakterem warstw dielektrycznych i masek lutowniczych oznacza, że ​​nawet niewielkie odchylenia od procesu mogą prowadzić do śmiertelnych defektów.

Wyzwanie 1: Uszkodzenie wiązania pomiędzy podstawą aluminiową a warstwą dielektryka (rozwarstwienie, pęcherzyki)
Klejenie jest „pierwszą krytyczną przeszkodą” w produkcji dwuwarstwowych aluminiowych płytek PCB, a siła wiązania pomiędzy aluminiową podstawą a warstwą dielektryczną bezpośrednio determinuje długoterminową niezawodność płytki PCB. Jednak właściwości chemiczne aluminium i niewłaściwa kontrola procesu często prowadzą do uszkodzenia wiązania.

Przyczyny pierwotne: różnice materiałowe i odchylenia w procesie
1. Warstwa tlenkowa na powierzchni aluminium utrudnia wiązanie: Aluminium szybko tworzy w powietrzu warstwę tlenku Al₂O₃ o grubości 2-5 nm. Folia ta jest obojętna i nie może reagować chemicznie z żywicą warstwy dielektrycznej, co powoduje niewystarczającą siłę wiązania. Jeśli nie zostanie całkowicie usunięta przed obróbką, warstwa tlenku oddzieli się od warstwy dielektrycznej podczas cykli termicznych (np. -40℃~125℃), powodując rozwarstwienie.
2. Niedopasowanie CTE powoduje naprężenie termiczne: Współczynnik rozszerzalności cieplnej (CTE) aluminium wynosi 23 ppm/℃, podczas gdy w przypadku zwykłych warstw dielektrycznych (np. żywicy epoksydowej) wynosi tylko 15 ppm/℃ – różnica 53%. Gdy płytka drukowana podlega wahaniom temperatury, aluminiowa podstawa i warstwa dielektryczna rozszerzają się i kurczą w różnym stopniu, generując z czasem naprężenia rozdzierające, które powodują pękanie warstwy wiążącej.
3. Niekontrolowane parametry laminowania powodują wady: W tradycyjnym prasowaniu na gorąco wahania temperatury (ponad ±5℃) lub nierównomierne ciśnienie prowadzą do nierównomiernego przepływu żywicy warstwy dielektrycznej – niewystarczające ciśnienie lokalne powoduje powstawanie pęcherzyków powietrza, a nadmierna temperatura powoduje nadmierne utwardzanie żywicy (co czyni ją kruchą i zmniejsza wytrzymałość wiązania).

Skutki: od awarii funkcjonalnej do zagrożeń bezpieczeństwa
1. Spadek wydajności izolacji: Szczeliny w warstwie dielektrycznej po rozwarstwieniu powodują awarię elektryczną (szczególnie w scenariuszach wysokiego napięcia, takich jak falowniki EV), prowadząc do zwarć i spalenia sprzętu.
2. Awaria odprowadzania ciepła: Podstawową funkcją aluminiowej podstawy jest przewodzenie ciepła. Rozwarstwienie powoduje gwałtowny wzrost oporu cieplnego (od 0,5℃/W do ponad 5℃/W), a komponenty o dużej mocy (np. diody LED o mocy 20W) wypalają się z powodu złego odprowadzania ciepła, skracając ich żywotność z 50 000 godzin do 10 000 godzin.
3. Masowe straty wynikające z przeróbki: U pewnego producenta diod LED współczynnik rozwarstwiania przy tradycyjnym prasowaniu na gorąco wyniósł 4,8%, co doprowadziło do złomowania 5000 dwuwarstwowych płytek PCB na bazie aluminium i bezpośrednich strat przekraczających 30 000 dolarów.

Metody wykrywania defektów
a. Ultradźwiękowe wykrywanie wad: Użycie sondy wysokiej częstotliwości 20-50 MHz pozwala wykryć rozwarstwienie lub pęcherzyki większe niż 0,1 mm, zgodnie z normą IPC-A-600G 2.4.3.
b. Próba rozciągania: Zgodnie z normą IPC-TM-650 2.4.9 siła wiązania musi wynosić ≥1,5 kg/cm (siła odrywania pomiędzy folią miedzianą a podstawą aluminiową); wartości poniżej tej wartości uważa się za niekwalifikowane.
c. Test na szok termiczny: Brak rozwarstwienia lub pęknięć po 100 cyklach w temperaturze -40 ℃ ~ 125 ℃ uważa się za kwalifikujący się; w przeciwnym razie proces łączenia wymaga optymalizacji.

Porównanie wydajności różnych procesów klejenia

Wyzwanie 2: Wady cykli termicznych spowodowane niewystarczającą wydajnością żywicy (pęknięcia, pęcherzyki)
Żywica działa zarówno jako „mostek przewodzący ciepło”, jak i „klej strukturalny” w 2-warstwowych aluminiowych płytkach drukowanych. Jeśli jednak jego stabilność termiczna i płynność nie odpowiadają scenariuszowi zastosowania, podczas przetwarzania lub użytkowania wystąpią śmiertelne defekty.

Podstawowe przyczyny: nieprawidłowy dobór żywicy i nieprawidłowy proces utwardzania
1. Niedopasowanie między przewodnością cieplną żywicy a scenariuszem: Stosowanie drogich żywic ceramicznych w scenariuszach o małej mocy zwiększa koszty, podczas gdy stosowanie zwykłych żywic epoksydowych (przewodność cieplna 0,3-0,8 W/mK) w scenariuszach o dużej mocy (np. modułów ładowania pojazdów elektrycznych) powoduje akumulację ciepła. Żywica pozostaje przez długi czas w stanie wysokiej temperatury (>150℃), co prowadzi do karbonizacji i pękania.

2. Nieuzasadniony projekt krzywej utwardzania: Utwardzanie żywicy wymaga trzech etapów – „ogrzewania → stała temperatura → chłodzenie”:
a. Zbyt duża szybkość nagrzewania (>5 ℃/min) zapobiega z czasem ulatnianiu się lotnych składników żywicy (tworzeniu się pęcherzyków);
b. Niewystarczający czas utrzymywania stałej temperatury (<15 min) powoduje niepełne utwardzenie (niska twardość żywicy, podatność na zużycie);
c. Zbyt duża szybkość chłodzenia (>10℃/min) generuje naprężenia wewnętrzne, powodując pękanie żywicy.

3. Słaba kompatybilność między żywicą a podstawą aluminiową: Niektóre żywice (np. zwykłe żywice fenolowe) mają słabą przyczepność do podstawy aluminiowej i mają tendencję do „rozdzielania powierzchni” po utwardzeniu. W wilgotnym środowisku (np. zewnętrzne diody LED) wilgoć przedostaje się do interfejsu, przyspieszając starzenie się żywicy.

Skutki: Pogorszenie wydajności i skrócenie żywotności
a. Awaria przewodzenia ciepła: Producent pojazdów elektrycznych użył kiedyś zwykłej żywicy epoksydowej (przewodność cieplna 0,6 W/mK) do produkcji płytek drukowanych mocy, co spowodowało, że temperatura robocza modułu osiągnęła 140 ℃ (przekraczając projektowany limit 120 ℃), a wydajność ładowania spadła z 95% do 88%.
b. Zwarcia spowodowane pękaniem żywicy: Pęknięta żywica odsłania obwody z folii miedzianej. W obecności skroplonej wody lub pyłu powoduje to zwarcia pomiędzy sąsiednimi obwodami, co prowadzi do przestoju sprzętu (np. nagłego wyłączenia sterowników przemysłowych).
d. Wahania jakości partii: Niekontrolowane parametry utwardzania powodują 15% różnicę w twardości żywicy (testowanej za pomocą twardościomierza Shore'a) w tej samej partii. Niektóre płytki PCB pękają podczas instalacji z powodu zbyt miękkiej żywicy.

Porównanie wydajności różnych żywic (kluczowe parametry)

Kluczowe punkty optymalizacji procesu utwardzania żywicy
a. Szybkość ogrzewania: Kontrolowana przy 2-3 ℃/min, aby zapobiec wrzeniu lotnych składników i tworzeniu się pęcherzyków.
b. Stała temperatura/czas: 150 ℃/20 min dla zwykłej żywicy epoksydowej, 170 ℃/25 min dla żywicy z wypełnieniem ceramicznym i 200 ℃/30 min dla poliimidu.
c. Szybkość chłodzenia: ≤5 ℃/min. Aby zmniejszyć naprężenia wewnętrzne, można zastosować chłodzenie etapowe (np. 150 ℃ → 120 ℃ → 80 ℃, z 10-minutową izolacją na każdym etapie).

Wyzwanie 3: Brak przyczepności maski lutowniczej i wady powierzchni (łuszczenie się, dziury)
Maska lutownicza służy jako „warstwa ochronna” 2-warstwowych aluminiowych płytek PCB, odpowiedzialna za izolację, odporność na korozję i zapobieganie uszkodzeniom mechanicznym. Jednakże gładkość i obojętność chemiczna aluminiowej powierzchni bazowej utrudniają przyleganie maski lutowniczej, co prowadzi do różnych defektów.

Przyczyny podstawowe: Niewystarczająca obróbka powierzchni i wady procesu powlekania
1. Niekompletne czyszczenie powierzchni podstawy aluminiowej: Podczas obróbki aluminiowa powierzchnia podstawy z łatwością zatrzymuje olej (płyn do cięcia, odciski palców) lub kamień tlenkowy. Żywica maski lutowniczej nie łączy się ściśle z aluminiową podstawą i ma tendencję do odklejania się po utwardzeniu.
2. Niewłaściwy proces obróbki powierzchni: Konwencjonalne czyszczenie chemiczne usuwa jedynie olej powierzchniowy, ale nie może wyeliminować warstwy tlenku (Al₂O₃). Przyczepność pomiędzy maską lutowniczą a podstawą aluminiową osiąga jedynie stopień 3B (zgodnie z normą ISO 2409, z łuszczeniem się krawędzi). Nieuszczelnione warstwy anodowane zatrzymują pory, a żywica maski lutowniczej przedostaje się do tych porów podczas powlekania, tworząc dziury.
3. Niekontrolowane parametry powłoki: Podczas sitodruku nierówny docisk rakla (np. niewystarczający docisk krawędzi) powoduje nierówną grubość maski lutowniczej (grubość lokalna <15μm), a cienkie obszary są podatne na uszkodzenia. Zbyt wysoka temperatura suszenia (>120℃) powoduje przedwczesne utwardzanie powierzchni maski lutowniczej, zatrzymując w niej rozpuszczalniki i tworząc pęcherzyki.

Skutki: zmniejszona niezawodność i zagrożenia bezpieczeństwa
a. Awaria obwodu spowodowana korozją: Po złuszczeniu maski lutowniczej podstawa aluminiowa i folia miedziana są wystawione na działanie powietrza. W scenariuszach zewnętrznych (np. PCB lamp ulicznych) woda deszczowa i mgła solna powodują korozję, zwiększając rezystancję obwodu i zmniejszając jasność diod LED o ponad 30%.
b. Zwarcia spowodowane przez dziurki: Otwory większe niż 0,1 mm stają się „kanałami przewodzącymi”. Kurz lub cząstki metalu dostające się do tych otworów powodują zwarcia między sąsiednimi złączami lutowanymi — na przykład zwarcia na płytkach PCB pojazdów elektrycznych powodują przepalenie bezpiecznika.
c. Odrzucenie przez klienta ze względu na zły wygląd: Nierówne maski lutownicze i pęcherzyki wpływają na wygląd PCB. Pewnego razu producent elektroniki użytkowej odrzucił z powodu tego problemu 3000 dwuwarstwowych płytek PCB z podstawą aluminiową, a koszty przeróbek przekroczyły 22 000 dolarów.

Porównanie wydajności procesów obróbki powierzchni podłoża aluminiowego

Kluczowe punkty optymalizacji procesu powlekania maski lutowniczej
a. Wybór ekranu: Użyj poliestrowych ekranów o oczkach 300–400, aby zapewnić jednolitą grubość maski lutowniczej (20–30 μm).
b. Parametry ściągaczki: Nacisk 5-8 kg, kąt 45-60°, prędkość 30-50 mm/s, aby uniknąć brakujących wydruków lub nierównej grubości.
c. Suszenie i utwardzanie: Suszenie dwuetapowe — 80 ℃/15 min (suszenie wstępne w celu usunięcia rozpuszczalników) i 150 ℃/30 min (pełne utwardzenie), aby zapobiec tworzeniu się pęcherzyków.

Produkcja dwuwarstwowych płytek PCB na bazie aluminium: wiarygodne rozwiązania i najlepsze praktyki
Aby stawić czoła powyższym trzem wyzwaniom, wiodący producenci w branży zwiększyli wydajność dwuwarstwowych płytek PCB na bazie aluminium z 75% do ponad 88% poprzez „optymalizację procesu + modernizację sprzętu + poprawę kontroli jakości”. Poniżej znajdują się sprawdzone, praktyczne rozwiązania.

Rozwiązanie 1: Precyzyjny proces łączenia — rozwiązywanie problemów związanych z rozwarstwianiem i pęcherzykami powietrza
Podstawowa idea: wyeliminowanie filmów tlenkowych + precyzyjna kontrola parametrów prasy na gorąco

1. Wstępna obróbka powierzchni aluminium: czyszczenie plazmowe
Za pomocą atmosferycznego urządzenia do czyszczenia plazmowego (moc 500-800W, gaz: argon + tlen) oczyść powierzchnię podłoża aluminiowego przez 30-60s. Plazma rozkłada warstwę tlenkową (Al₂O₃) i tworzy aktywne grupy hydroksylowe (-OH), zwiększając siłę wiązania chemicznego pomiędzy żywicą warstwy dielektrycznej i podstawą aluminiową o ponad 40%. Testy przeprowadzone przez producenta PCB EV wykazały, że po obróbce plazmowej siła rozciągająca wiązania wzrosła z 1,2 kg/cm do 2,0 kg/cm, znacznie przekraczając standardy IPC.

2. Sprzęt do laminowania: Prasa próżniowa na gorąco + monitorowanie w czasie rzeczywistym Wybierz prasę próżniową na gorąco z systemem kontroli temperatury PID (stopień próżni ≤-0,095 MPa), aby osiągnąć:
a. Kontrola temperatury: wahania ±2 ℃ (np. temperatura laminowania żywicy z wypełnieniem ceramicznym wynosi 175 ℃, z rzeczywistym odchyleniem ≤ ± 1 ℃);
b.Kontrola ciśnienia: Precyzja ±1kg/cm², ze strefową regulacją nacisku (nacisk krawędziowy 5% wyższy niż nacisk środkowy), aby uniknąć nierównomiernego przepływu warstwy dielektrycznej;
c.Kontrola czasu: Ustaw w zależności od rodzaju żywicy (np. czas laminowania 30 minut w przypadku żywicy poliimidowej), aby zapobiec niedostatecznemu lub nadmiernemu utwardzeniu.

3. Kontrola po klejeniu: 100% wykrywanie wad ultradźwiękowych
Natychmiast po laminowaniu skanuj sondą ultradźwiękową 20 MHz w celu wykrycia rozwarstwień i pęcherzyków. Oznacz płytki PCB z pęcherzykami o średnicy ≥0,2 mm lub rozwarstwieniem o długości ≥1 mm jako niekwalifikowane i poddaj je ponownej obróbce (ponowna obróbka plazmowa + laminowanie), z wydajnością przeróbek przekraczającą 90%.

Sprawa aplikacyjna
Po zastosowaniu rozwiązania „czyszczenie plazmowe + prasowanie próżniowe na gorąco” producent oświetlenia ulicznego LED zmniejszył współczynnik rozwarstwiania dwuwarstwowych płytek PCB na bazie aluminium z 4,5% do 0,3%. Temperatura pracy modułów oświetlenia ulicznego spadła ze 135℃ do 110℃, żywotność wzrosła z 30 000 do 50 000 godzin, a koszty obsługi posprzedażowej spadły o 60%.

Rozwiązanie 2: Wybór żywicy i optymalizacja utwardzania — usuwanie pęknięć i niewystarczającej przewodności cieplnej
Podstawowa idea: dopasowywanie żywic do scenariuszy + cyfrowe krzywe utwardzania
1. Przewodnik po wyborze żywicy (według mocy/środowiska)
a. Niska moc (<5 W): Zwykła żywica epoksydowa (niedroga, np. żywica klasy FR-4) do czujników wewnętrznych i małych diod LED.
b.Średnia moc (5-20W): Żywica epoksydowa z wypełnieniem ceramicznym (np. żywica zawierająca 60% tlenku glinu, przewodność cieplna 2,0 W/mK) do reflektorów samochodowych i domowych lamp sufitowych LED.
c.Wysoka moc (>20W): Żywica epoksydowa modyfikowana silikonem (dobra odporność na szok termiczny) lub żywica poliimidowa (odporność na wysoką temperaturę) do modułów ładowania pojazdów elektrycznych i przemysłowych sterowników mocy.
d. Środowiska o wysokiej temperaturze (> 180 ℃): Żywica poliimidowa (odporność na temperaturę 300 ℃) do sprzętu wojskowego i lotniczego.

2. Cyfrowa kontrola procesu utwardzania Użyj pieca do utwardzania z systemem sterowania PLC i wstępnie ustawionymi „niestandardowymi krzywymi utwardzania”. Na przykład krzywa dla żywicy epoksydowej z wypełnieniem ceramicznym wygląda następująco:
a. Etap ogrzewania: 2 ℃/min, od temperatury pokojowej do 170 ℃ (65 min);
b. Etap stałej temperatury: 170 ℃ przez 25 minut (w celu zapewnienia całkowitego utwardzenia żywicy);
c. Etap chłodzenia: 3℃/min, od 170℃ do 80℃ (30min), następnie naturalne chłodzenie do temperatury pokojowej.
Sterowanie cyfrowe zmniejsza wahania twardości żywicy w tej samej partii do ±3% (testowane za pomocą testera twardości Shore D), znacznie lepiej niż ±10% w tradycyjnych piecach do utwardzania.

3. Weryfikacja wydajności żywicy: badanie odporności termicznej
Po utwardzeniu pobrać losowo próbkę i przeprowadzić test przewodności cieplnej za pomocą błysku lasera (zgodnie z normą ASTM E1461), aby zapewnić odchylenie przewodności cieplnej ≤±10%. Jednocześnie wykonaj test rezystancji termicznej (zgodnie z normą IPC-TM-650 2.6.2.1) — na przykład rezystancja termiczna płytek drukowanych mocy EV musi wynosić ≤0,8 ℃/W; w przeciwnym razie dostosuj proporcje żywicy lub parametry utwardzania.

Sprawa aplikacyjna
Producent pojazdów elektrycznych pierwotnie używał zwykłej żywicy epoksydowej (przewodność cieplna 0,6 W/mK) do produkcji płytek PCB modułów ładowania, w wyniku czego temperatura modułu wynosiła 140 ℃. Po przejściu na żywicę epoksydową wypełnioną ceramiką (przewodność cieplna 2,2 W/mK) i optymalizacji krzywej utwardzania temperatura modułu spadła do 115℃, a wydajność ładowania wzrosła z 88% do 95%, spełniając wymagania dotyczące szybkiego ładowania.

Rozwiązanie 3: Optymalizacja przyczepności maski lutowniczej — rozwiązanie problemów z odklejaniem się i powstawaniem dziur
Główna idea: precyzyjna obróbka powierzchni + wykrywanie defektów w pełnym procesie
1. Trzyetapowa obróbka powierzchni podstawy aluminium W przypadku scenariuszy o wysokiej niezawodności (np. pojazdy elektryczne, wojsko) należy zastosować trzyetapowy proces „czyszczenie plazmowe → anodowanie → uszczelnianie”:
a. Czyszczenie plazmowe: Usuń warstwy tlenków i olej (30s, argon + tlen);
b.Anodyzacja: Elektroliza w roztworze kwasu siarkowego (gęstość prądu 1,5 A/dm², 20 min) w celu utworzenia warstwy tlenku o grubości 10–15 μm (porowata struktura zwiększająca przyczepność);
c. Uszczelnianie: Uszczelnianie solą niklową (80°C, 15 min) w celu zablokowania porów w warstwie tlenkowej i zapobiegania przedostawaniu się żywicy maski lutowniczej i tworzeniu się porów.
Po obróbce chropowatość powierzchni podstawy aluminium osiąga Ra 1,0 μm, przyczepność maski lutowniczej osiąga stopień 5B (ISO 2409), a odporność na mgłę solną poprawia się do 500 godzin bez rdzy.

2. Powłoka maski lutowniczej: sitodruk + 100% kontrola AOI
a. Proces powlekania: sito o oczkach 350, nacisk rakli 6 kg, kąt 50°, prędkość 40 mm/s w celu zapewnienia grubości maski lutowniczej 20-25 μm (jednorodność ± 2 μm);
b. Suszenie i utwardzanie: wstępne suszenie 80 ℃/15 min, pełne utwardzenie 150 ℃/30 min, aby uniknąć tworzenia się strupów na powierzchni;
c. Wykrywanie defektów: Użyj detektora 2D+3D AOI (rozdzielczość 10 μm) do 100% kontroli otworów (kwalifikuje się ≤0,1 mm), łuszczenia (nie kwalifikuje się łuszczenia krawędzi) i nierównej grubości (kwalifikuje się odchylenie ≤10%). Niekwalifikowane produkty są ponownie powlekane lub złomowane.

Sprawa aplikacyjna
Po przyjęciu rozwiązania „trzyetapowa obróbka powierzchni + 100% kontrola AOI” producent zewnętrznych wyświetlaczy LED obniżył współczynnik zdzierania maski lutowniczej z 8% do 0,5% i wskaźnik porów z 5% do 0,2%. Wyświetlacze działały w przybrzeżnym środowisku mgły solnej przez 2 lata bez uszkodzeń spowodowanych korozją.

Pełnoprocesowy system kontroli jakości 2-warstwowych płytek PCB na bazie aluminium (ze stołem standardowym)
Najlepszym rozwiązaniem wyzwań produkcyjnych jest kompleksowy system kontroli jakości, łączący „zapobieganie + wykrywanie”. Poniżej znajduje się system kontroli jakości opracowany zgodnie ze standardami IPC i ASTM, który można bezpośrednio wdrożyć.

Tabela kontroli jakości całego procesu (elementy podstawowe)

Zalecany wybór kluczowego sprzętu do kontroli jakości
a.Poziom podstawowy (mali i średni producenci): podstawowe defektoskopy ultradźwiękowe (np. Olympus EPOCH 650), ręczne testery przekrojowe i twardościomierze Shore'a. Koszt: około 15 000 dolarów, spełnienie podstawowych potrzeb w zakresie kontroli jakości.
b. Poziom średni do wysokiego (duzi producenci/scenariusze wysokiej niezawodności): AOI 2D+3D (np. Koh Young KY-8030), laserowe testery przewodności cieplnej (np. Netzsch LFA 467) oraz w pełni zautomatyzowane testery latających sond (np. Seica Pilot V8). Koszt: około 75 000–150 000 USD, umożliwiający w pełni zautomatyzowane wykrywanie i poprawiający wydajność.

Często zadawane pytania: Często zadawane pytania dotyczące produkcji dwuwarstwowych płytek PCB na bazie aluminium
1. Jaki jest główny powód, dla którego dwuwarstwowe płytki PCB na bazie aluminium są trudniejsze w produkcji niż zwykłe płytki PCB FR4?
Podstawą jest kompatybilność materiałowa i złożoność procesu:
a.Jeśli chodzi o materiały, różnica CTE pomiędzy aluminium (23 ppm/℃) a warstwami dielektrycznymi (15 ppm/℃) jest duża i łatwo generuje naprężenia termiczne; podczas gdy różnicę CTE pomiędzy FR4 (110 ppm/℃) a folią miedzianą (17 ppm/℃) można buforować żywicą, nie wymagającą dodatkowej obróbki.
b. Pod względem procesów dwuwarstwowe płytki PCB na bazie aluminium wymagają dodatkowej obróbki powierzchni podstawy aluminium (np. czyszczenia plazmowego, anodowania) i spajania próżniowego za pomocą prasowania na gorąco — o 30% więcej etapów niż FR4; FR4 można bezpośrednio wiercić i trawić za pomocą dojrzałych, prostych procesów.

2. Jak szybko określić, czy dobór żywicy jest właściwy?
Wstępną ocenę można dokonać, korzystając ze wzoru dopasowania „moc-przewodność cieplna”:

Wymagana przewodność cieplna żywicy (W/mK) ≥ Moc elementu (W) × Dopuszczalny wzrost temperatury (℃) / Powierzchnia rozpraszania ciepła (m²)

Na przykład: dla elementu LED o mocy 20 W i dopuszczalnym wzroście temperatury o 50 ℃ i powierzchni rozpraszania ciepła 0,001 m², wymagana przewodność cieplna ≥ (20×50)/0,001 = 1000? Nie — należy wziąć pod uwagę superpozycję oporu cieplnego (opór cieplny podłoża aluminiowego + opór cieplny żywicy). Dla uproszczenia: wybierz żywice z wypełnieniem ceramicznym o 1,2-2,5 W/mK dla średniej mocy (5-20W) i żywice o ≥2,0 W/mK dla dużej mocy (>20W) – to rzadko będzie nieprawidłowe.

3. Czy oderwane maski lutownicze można poddać ponownej obróbce?
To zależy od sytuacji:
a. Jeżeli powierzchnia złuszczania wynosi <5% i nie ma pozostałości żywicy, można wykonać poprawki poprzez „polerowanie papierem ściernym o oczkach 2000 → czyszczenie alkoholem izopropylowym → ponowne nałożenie maski lutowniczej → utwardzanie”. Przyczepność po naprawie musi zostać ponownie przetestowana (aby osiągnąć stopień 5B).
b. Jeżeli obszar złuszczania wynosi > 5% lub na aluminiowej powierzchni bazowej znajdują się resztki żywicy (trudne do usunięcia), zaleca się złomowanie, aby uniknąć ponownego złuszczania po ponownej obróbce.

Wniosek: „Klucz przełomowy” i przyszłe trendy w produkcji dwuwarstwowych płytek PCB na bazie aluminium

Wyzwania produkcyjne związane z dwuwarstwowymi aluminiowymi płytkami drukowanymi zasadniczo wynikają z „konfliktu kompatybilności między materiałami metalicznymi i niemetalowymi” - przewaga aluminium w zakresie przewodzenia ciepła koliduje z wymaganiami procesowymi dotyczącymi warstw dielektrycznych i masek lutowniczych. Sednem rozwiązania tych problemów nie jest pojedynczy przełom technologiczny, ale „precyzyjna kontrola szczegółów procesu”: od usunięcia warstw tlenku o grubości 1 nm z aluminiowej powierzchni bazowej po kontrolę temperatury utwardzania żywicy w zakresie ±2 ℃ i jednorodność maski lutowniczej o grubości 10 μm – każdy etap musi być wykonany zgodnie z normami.

Obecnie branża opracowała dojrzałe rozwiązania: próżniowe prasowanie na gorąco + obróbka plazmowa w celu rozwiązania problemów z wiązaniem, dobór żywicy oparty na scenariuszach + cyfrowe utwardzanie w celu rozwiązania problemów ze stabilnością termiczną oraz anodowanie + 100% kontrola AOI w celu rozwiązania problemów z maską lutowniczą. Rozwiązania te mogą zwiększyć wydajność do ponad 88% i obniżyć koszty o 20-30%, w pełni zaspokajając potrzeby diod LED, pojazdów elektrycznych i elektroniki przemysłowej.

W przyszłości, wraz z popularyzacją sprzętu elektronicznego dużej mocy (np. platformy pojazdów elektrycznych 800 V, falowniki do magazynowania energii dużej mocy), zapotrzebowanie na dwuwarstwowe płytki PCB z podstawą aluminiową będzie nadal rosło, a technologie produkcyjne będą zmierzać w kierunku „wyższej precyzji i większej automatyzacji”: inspekcja wizualna AI będzie w czasie rzeczywistym identyfikować pęcherzyki klejenia (dokładność do 0,05 mm), uczenie maszynowe automatycznie optymalizuje krzywe utwardzania (dostosowując parametry na podstawie partii żywicy), a technologię druku 3D można zastosować w przypadku niestandardowych warstw dielektrycznych (dopasowujących się do skomplikowanych konstrukcji podłoża aluminiowego).

Dla producentów opanowanie podstawowych technologii produkcji dwuwarstwowych płytek PCB na bazie aluminium nie tylko poprawia konkurencyjność produktu, ale także zapewnia przewagę „pierwszego gracza” na rynku elektroniki dużej mocy. Przecież w epoce elektroniki, w której dąży się do „efektywnego odprowadzania ciepła i wysokiej niezawodności”, znaczenie dwuwarstwowych płytek PCB na bazie aluminium będzie tylko rosnąć, a rozwiązanie problemów produkcyjnych jest pierwszym krokiem do wykorzystania tej szansy.