企业做不做网站的坏处,平面设计师的出路,百度系app有哪些,网络营销怎么做推广1特种印制电路技术现状、分类及特点
2006年#xff0c;信息产业部(现工信部)电子信息产品管理司将高档PCB产品类型概括为HDI板、多层FPC、刚挠结合板、IC载板、通信背板、特种板材印制板、印制板新品种等种类。但直至目前#xff0c;在印制电路设计与制造领域还没有形成特种…1特种印制电路技术现状、分类及特点
2006年信息产业部(现工信部)电子信息产品管理司将高档PCB产品类型概括为HDI板、多层FPC、刚挠结合板、IC载板、通信背板、特种板材印制板、印制板新品种等种类。但直至目前在印制电路设计与制造领域还没有形成特种印制电路的完整定义人何达成的基本共识是:特种印制电路板是指具有制造材料特别、产品用途特别、制造工艺特别等基本特征的一类印制电路板。表3-1是常规印制电路板与特种印制电路板的比较情况。 特种印制电路板制造材料的特殊化是由其在电子设备中担任的功能与性能要求所决定。基板材料是印制电路导线及器件的搭载体随着电子线路传输信号的高频化和高速化以及叠层高层化低电磁干扰、高信号完整性、高散热等成为新产品必须具备的特质而电子设备这些性能要求已经难于通过电路设计单独解决新材料选用成为技术进步的方向。根据特种印制电路板在高频信号传输、大电流传输等领域的应用要求低介电常数、低损耗、高散热材料成为特种印制电路板制造中可选用的基板材料特色基板材料的选用决定了其制造工艺特殊性。
随着电子产品在日常生活、工农业生产、科技创新等领域的广泛应用作为特色电子产品的基本部件——特种印制电路在通信电子、消费电子、汽车电子系统、仪器、电源等领域的应用将日益广泛。WECC(世界电子电路理事会)、IPC(美国电子工业互联协会)和CPCA(中国印制电路行业协会)的统计数据显示:①2007年全球PCB产值为509亿美元特种板产值为23亿美元占总产值的4.5%;②2014年我国PCB产值为1700亿元人民币,特种板产值约为102亿元占总产值的6.0%。
2金属基(芯)印制电路板制造技术
电子产品向轻、薄、小、高密度、多功能化发展使得印制电路板设计线宽越来越细铜面越来越小搭载元器件之间的距离更近组装密度和集成度越来越高功率消耗越来越大热处理方案日益重要对PCB基板的散热性提升要求越来越迫切。如果基板的散热性不好温度的普遍升高使得导热更慢就会导致印制电路板上元器件过热PCB元件过热常常导致元件老化、失效、寿命缩短从而使整机可靠性下降解决这一问题的途径之一是采用金属基印制电路板。
2.1金属基印制电路板的概述
金属基印制电路板是将导热性能优良的金属基板、绝缘介质层和线路铜层等三部分组成的夹层式结构高散热印制电路板其结构如图3-1所示。随着通信信号的高频化、高清晰化、大数据等发展要求的提出与实施推动了印制电路板产品制造技术不断创新。高频高速信号传输对材料的严格要求使得印制电路板制造不仅要在绝缘基材上面形成金属导线、实现互联互通功能同时要保障传输信号的质量。在微波领域、大功率电子(如LED)应用方面材料的散热特性在很大程度上影响整个系统的可靠性在一r些高可靠性高功耗的高频应用方面如军用雷达、微波应用、导弹控制系统、GPS等功率放大器采用常规散热方法将不能满足可靠性的要求使用导热性能好的金属材料成为必然选择。实际应用证明采用金属基板实现散热解决方案与采用传统的散热器、风扇冷却等散热解决方案相比较,可极大地缩小设备体积、降低制造的成本等。 对于具有三片层夹心式结构的金属基(芯)印制电路板不同层的选材与制造工艺皆具有特色。对于金属基板层从原理上讲任何导热性能好的金属单质皆可作为该类印制电路板制造的基板材料且导热率越高性能也越好但在实际应用中受成本、工艺可制造性等限制金属基印制电路板中金属基通常使用的材料为铝、铁、铜、殷铜、钨钼合金等该层的主要功能是提供线路、器件搭载 的物理支撑与热流通道。在现有的金属材料中铝具有资源丰富、制造工艺成熟、成本相对较低、导热性能良好、加工较容易及环境友好等优点,铝基电路板具有材料经济、电子连接可靠、导热和强度高、无铅焊接环保等优点,这使得铝基印制电路板成为研究与应用的重要对象。绝缘介质层常用改性环氧树脂、聚苯醚、PI 等该层的主要功能是防止线路层与基板层之间短路。线路层是通过铜箔蚀刻方式制作是实现印制电路板电信号、电流传输等功能的主体单元。高散热性金属基印制电路板已经开发的主要种类有平面型厚铜基PCB、铝金属基PCB、铝金属芯双面PCB、铜基平面型PCB、铝基空腔PCB、埋置金属块PCB、可弯曲铝基PCB等它们被广泛应用于从消费品到汽车、军品、航天等领域。金属板的导热性和耐热性无需置疑关键在于与电路层间绝缘黏结剂的性能。 2.2金属基印制电路板材料性能及其结构
1金属基(芯)印制电路板材料特性及作用 1)金属基(芯)印制电路板材料特性 众所周知金属材料导热性能(导热系数)远高于合成树脂材料(及其形成的介质)这是采用金属材料作为印制电路的基板材料解决高发热电子元器件的搭载后出现性能下降问题的理论基础。但金属材料具有密度高的不足之处因此金属基印制板相对于有机基印制板来说相同规格印制板的质量要大一些。表3-2为几种物质的导热系数、密度等。 2金属基(芯)基板的种类、结构与性能 1)金属基(芯)覆铜板的种类 金属基覆铜板是制造金属基印制板的基板材料其结构与层压法制造常规(有机树脂基)覆铜板(CCL)制造方法、工艺相似。不同种类的金属基覆铜板的结构基本相同它是由三层不同材料所构成即铜箔层、绝缘层、金属层(如铜、铝、铁、钢板、殷铜、钨钼合金)。 按照制造使用金属材料的种类金属基板可分为铝基覆铜板、铜基覆铜板、铁基覆铜板、钨钼合金覆铜板等多个品种其中铝基覆铜板、.铜基覆铜板、铁基覆铜板为用量最大的三个品种。 (1)铝基基材。使用铝材的种类有LF、LAM、LY12等其组成含量要求符合我国铝合金制造技术标准GB/T3880-2006。性能要求:抗张强度294 N/mm2、延伸率5%导热系数在150210W/(m· K)。按照金属层厚度差异铝基板常用的有1.0mm,1.6mm、2.Omm、3.2mm 四种。 、(2)铜基基材。一般使用紫铜板其组成含量要求符合国家标准GB/T26017-2010,性能要求:抗张强度245~217 N/mm2、延伸率15%导热系数为403W/(m·K)。按照金属层厚度差异铜基板常用的有1.0mm、l.6mm、2.omm、2.36mm、3.2mm等五种。 (3)铁基基材。一般使用冷轧压延钢板、低碳钢板等。性能要求25~32 kg ·F/mm2 、延伸率15%。按照金属层厚度常用的有不含磷1.0mm、2.3mm等种类含磷性的铁基有0.5mm、0.8mm、1.Omm等种类。 2)常用金属基板性能差异的比较 在工业制造中常见金属基板有铜基板、铁基板、铝基板三大类其性能比较如下:(1)铜基板。导热性好用于热传导和电磁屏蔽的地方但质量大价格昂贵。(2)铁基板。防电磁干扰,屏蔽性能最优但散热稍差价格便宜。 (3)铝基板。导热好、质轻电磁屏蔽也不错但耐盐蚀性能较差。产品质量标准CPCA4105-2010。 铝基覆铜板是目前应用最多的金属基板该类基板具有优异的电气性能、散热性、电磁屏蔽性、高耐压及弯曲加工等性能。用铝基覆铜板制造的印制电路板主要应用大功率LED照明、电源、电视背光源、汽车、电脑、空调变频模块、航空电子、医疗、音响等相关行业即使是普遍使用的手机摄像头中铝基印制板也属于必备的一个零部件。
3金属基(芯)基板绝缘层、金属层、导线层作用与性能 l)金属基(芯)基板绝缘层的性能 金属基(芯)板中绝缘层使用的材料为有机聚合物(如PET、改性聚苯醚、改性的环氧树脂、PI等)、金属氧化物(如三氧化二铝等)、陶瓷等其作用是隔离线路之间的电信号和黏接铜箔层与金属层即绝缘与黏接作用。 通常金属基(芯)板中绝缘层是50~200um绝缘层放在金属基板与铜箔层之间同金属基板和呈带状线路图形的铜箔层都应有良好的附着力是制作金属基板的关键。若太厚能起绝缘作用防止与金属基短路的效果好但会影响热量的散发;若太薄可较好散热但易引起金属芯与导线等短路。导热绝缘层的导热原理如图3-2所示。 从图3-2可以看出当电子原件(如LED)在产生热量后通过线路层的铜箔传递到导热胶PP再由导热胶传递到铝基板上由铝基板向外散发热量故导热胶是铝基板散热的重要桥梁;从导热系数可知铝基的导热系数要远大于导热胶铝基可以迅速将集中在铝板内的热量散发到空气中因此铝基覆铜板导热性的好坏主要取决于绝缘介质层的散热性能其散热性主要受导热胶的组成、性质、厚度等影响。要提高铝基覆铜板的导热性就是要提高绝缘介质层的导热性。如何提升导热绝缘层的导热性及其稳定性成为一个重要的课题是整个铝基板材料的技术核心所在。
2金属基(芯)基板中金属层的特性及作用
采用金属基板(IMS)或金属芯印制电路板其目标是提高印制电路板上搭载发热组件后整板的散热效果提高电子产品的热可靠性与寿命。金属基板中金属层的主要作用有以下几点。 (1)在印制电路板中起导热作用。印制电路板在加工特别是使用过程中会产生大量的热出现局部“热岛”效应从而在印制板内部产生较大的内应力对印制板的内部结构产生破坏作用影响电子产品的使用特性成为失效的重要因素。由于金属材料的导热系数(率)比 PCB介质层的导热系数(率)大在印制电路板中加人(表面或内部或两者兼之)金属板通过一种“冷指”效应形成印制电路板内部热传递的快速通道降低印制电路板整板的温度同时使整板温度快速均匀化降低内应力的产生。实际证明,采用金属基板的产品比同规格的有机基板在高发热领域使用时其整板温度一般可降低3050℃。 、(2)在印制电路板中起刚性或控制线性热膨胀系数(CTE)作用。目前印制电路板搭载的电子元器件都是通过焊接或表面贴装等手段实现的这就需要一个刚性支撑体这也是刚挠结合印制电路板的优势之一。金属材料具有高的耐热性、延展性、高导热性能、热膨胀系数与导线(铜)接近等优点在印制电路板工作期间由玻纤布与树脂组成的介质层会因受热而变软或变形金属板(芯)这一优良特性正好满足电子设备的组件需要控制其形变或尺寸、提高可靠性的要求。 (3)在印制电路板中起“屏蔽”作用。金属材料具有比有机合成树脂材料更优良的电磁屏蔽性能。电子设备中的印制电路板暴露于大气会受到来自四面八方的成千上万的信号干扰这既影响印制电路板内部信号传输又影响接收信号的可靠性。在印制电路板表面或内部加上金属层可以起到屏蔽作用明显提高信号传输或接收的完整性。同时金属基板还可以作为接地层进一步提升产品的品质。 3)金属基(芯)基板中导电层(铜箔层)的性能 金属基(芯)板的导电层是由覆铜板中铜箔层蚀刻得到的因此金属基覆铜箔中铜箔的性能直接关系到金属基印制电路板的性能。为增强铜箔与绝缘层之间的结合力铜箔背面需要经化学氧化处理过、表面镀锌和镀黄铜等工序其目的是增加抗剥离强度、增加绝缘性能等。铜箔层厚通常为17.5um、35um、75um、140um等。一般在通信电源上配套使用的铝基印制板常用铜层厚度为140um。图3-3为双面铝基板的结构图。
2.3金属基印制电路板制造技术及工艺
1单面铝基印制电路板制造技术 1)单面金属基印制电路板制造工艺流程 单面铝基印制电路板的工艺流程与常规单面板相似其工艺流程如下: 印制板工程设计→开料→钻定位孔→光成像(图像转移等)→检查→蚀刻→印制阻焊层→固化→印制字符→检查→热风整平→铝表面处理→外形加工→成品检查 2)单面铝基印制电路板制造工艺特殊控制要点 (1)下料。一般采用铝面有保护膜的基材下料后板材不必烘烤但需要注意对铝基面保护膜的保护。 (2)钻孔。钻孔参数与FR-4基材相似。铝基板的孔径要求严格钻头尺寸在钻孔前应预先测量。铜层厚度≥75um的基材都应注意控制毛刺的产生。钻孔时一般铜箔面朝上。孔内残余有任何的毛刺、铝屑都会影响耐高压测试。 (3)光成像。表面处理时仅对铜面刷板铝基面有保护膜贴膜仅贴铜箔面;曝光显影与传统工艺相同。 (4)蚀刻。蚀刻前需确保铝基保护膜没有破损。酸性蚀刻液和碱性蚀刻液均可使用。工艺参数与传统工艺相同。如铜层厚度≥75um应注意加强线宽、间距的抽查以确保工程设计时线宽、间距工艺补偿的可行性。
(5)印制阻焊层、字符。使用液态光成像阻焊油墨。流程是:刷板(仅对铜面)→网印阻焊油墨(第一次)→烘干→网印阻焊油墨(第二次)→预烘→曝光→显影→固化→印字符→固化→转热风整平等后工序。 对于线路铜层厚度≥75um 的铝基板需要做二次网印油墨第一次和第二次使用的网版是不同的。低温(75℃)预烘后固化应当分段进行如90℃/50min110℃/50min,150℃ / 60min。网印时应严格控制气泡。 (6)热风整平。如果铝基面上的保护膜是不耐高温的在热风整平前须将保护膜撕掉。热风整平前应先烤板130℃/30min。从烘箱取出在制板到热风整平之间的相隔时间尽量短(如1~2min内)以免温差大引起分层阻焊膜脱落。若热风整平工艺不合格如不平整、发白、发粗不上锡等可返工一次;若热风整平二次以上绝缘层受到热冲击多次会影响到铝基印制电路板的耐压性能。 (7)基板表面处理。对铝基面可以在铝基上刷板。如果有明显划痕应用2000号以上的细砂磨平后再去刷板。 铝基面应有保护膜保护或作钝化处理铝面钝化处理工艺流程:钝化预处理→钝化处理→封孔处理。①钝化预处理:机械磨板→氢氧化钠(5%、3~5min)→水洗(1~2min)→硝酸(10%、3~5min)→水洗(1~2min)→120℃烘板(30min)。②钝化处理:氢氧化钠(5%、3~5min→水洗(1~2min)→硝酸(10%、3~5min)→水洗(1~2min)→钝化处理→水洗(1了2min)→超声波清洗机吹干。
(8)外形加工。单面铝基印制电路板外形加工有4种方法:①V铣外形。适用于样板的加工;②切割“V”槽。切割“V”槽时需要使用切削铝金属的特殊V形刀行速应当慢些V形刀角度30°、45°、60°;③剪外形。作为方形或长方形整齐的外形边有用但剪外形公差是大的不适用于异形外形公差要求严格的外形和批量生产;④冲外形。这是最常用的批量加工方法。需要加工高效冲模模具使用特种模具钢制作。冲外形和冲安装孔可以一次完成也可以使用操作模先冲安装孔再冲外形。冲外形后印制电路板翘曲度要求很苛刻通常要求0.5%。2单面铁基印制电路板的制造 1)单面铁基印制电路板材料选择 铁基覆铜箔板的介质层多为环氧树脂厚度80~150um铁基厚0.5mm0.8mm,l.0mm而铜箔面常用17.5um35um75um和 140m。铁基常为镀锌钢含硅钢属高磁性物体可耐高热与绝缘介质层有很高的附着力高防锈能力阻燃性为94V一0级。 2)单面铁基印制电路板的制造工艺流程 单面铁基板的生产流程同相同类型的铝基板相似其工艺流程如下:
印制电路板工程设计→下料→钻定位孔→光成像(图像转移等铜面贴干膜铁基面保护膜破损必须用蓝胶带补位)→蚀刻(碱蚀/酸蚀均可)→退膜(不能损伤保护膜)→酸洗→烘干→检查→印制UV阻焊层(网印前需要撕掉保护膜过UV固化后重贴保护膜)→印制字符层→涂敷耐热有机助焊剂→外形加工→耐高压测试→最终检查。3其他类型的单面金属基印制电路板制造技术 1)单面沉镍金铝基印制电路板 单面沉镍金铝基板制造工艺流程如下: 印制电路板工程设计→下料→钻孔(钻定位孔及对位孔)→外层干膜→千膜检查→蚀刻→外层AOI→湿膜→湿膜检查→外层干膜(保护铝面)→沉金→退膜→印字符→字符检查→钻孔1(钻板内通孔)→铣板→电子测试→电子测试1(高压测试)→功能检查→终检。 2)单面喷锡铝基印制电路板 单面喷锡铝基印制电路板工艺流程如下: 印制电路板工程设计→下料→钻孔(钻定位孔及对位孔)→外层干膜→干膜检查→蚀刻→外层AOI→钻孔1(钻板内通孔)→湿膜→湿膜检查→印字符→字符检查→喷锡→铣板→电子测试→电子测试1(高压测试)→功能检查→终检。· 3)单面OSP铝基印制电路板 单面OSP铝基印制电路板工艺流程如下: 印制电路板工程设计→下料→钻孔(钻定位孔及对位孔)→外层干膜→干膜检查→蚀刻→外层AOI→钻孔1(钻板内通孔)→湿膜→湿膜检查→印字符→字符检查→铣板→电子测试→电子测试1(高压测试)→功能检查→终检。4双面金属基印制电路板制造技术 1)全导热型双面金属基印制电路板结构 图3-4是全导热型双面板结构示意图。双面金属基PCB制造工艺流程如下: 下料(准备铜箔及导热胶片)→层板→钻孔(盲孔)→沉铜→电镀→内层菲林(L2)→内层蚀刻→材料处理(准备T-preg以及经过表面处理的铝板)→压板→铝面处理(包括铝面打磨及贴保护膜)→外层干膜(L1)→外层蚀刻→打定位孔→钻通孔→湿膜→字符→表面处理→磨板→外形加工→电子测试→高压测试→FQC→包装入库。 2混合双面板(T-Preg 与FR-4)结构图3-5为混合双面板结构示意图。 对于具有(T-Preg 与FR-4)结构混合双面金属基印制电路板工艺流程如下: 印制电路板工程设计→开料FR-4(L12)→钻孔(盲孔)→沉铜→电镀→内层(L2)→内层蚀刻→材料处理(铝基板阳极氧化处理)→压板→铝面处理(包括铝面打磨及贴保护膜)→外层干菲林(L1)→外层蚀刻→打定位孔→钻通孔→湿膜→字符→表面处理→磨板→外形加工→电子测试→高压测试→终检。 3)夹心铝基双面印制电路板 图3-6为夹心铝基双面印制板结构示意图。 夹心铝基双面印制电路板工艺流程如下: (1)工程设计与下料。根据工程设计选择合适的铝板型号、导电层与绝缘层材料种类与厚度、工艺操作参数等下料。 (2)铝板钻孔。钻孔位置同成品铝基双面板的元件孔其孔径必须比第二次钻孔的孔径大一些(≥0.3~0.4mm)。 (3)铝板作阳极氧化处理。其目的是在铝基板表面覆盖一层均匀的绝缘的无色氧化膜膜厚度应大于10um。 .(4)半固化片准备。根据工程设计对应夹芯铝基板的结构对半固化片和铜箔下料。半固化片型号、尺寸及铜箔厚度、尺寸应符合工程设计文件的要求。 (5)压制成型。压制工艺用FR-4层压工艺。 (6)第二次钻孔。对层压完后的夹心铝基印制电路板的元件孔钻孔(PTH孔)必须保证第二次和第一次钻孔的孔中心重合。即使用第一次钻孔的磁带(盘)但第二次钻孔的孔径比第一次要小些以避免元件孔与金属铝板短路。 (7)线路制作、层压等工序。化学镀铜板面镀铜光成像图形电镀蚀刻阻焊……外形加工最终检查。各工序的制作同常规FR-4板工艺。 夹心铝基双面印制电路板工艺加工简图如图3-7所示。 4)盲孔双面铝基印制电路板 有盲孔双面铝基印制电路板制造与常规金属基双面印制电路板制造在技术与工艺上的不同之处在于盲孔的制作。以下是其基本工艺过程。 (1)印制电路板工程设计。根据客户资料要求制订工艺文件通常板厚0.2~0.5mm。(2)根据设计要求选择合适的铝板型号、厚度按尺寸要求下料。对铝基板作阳极氧化处理,使其表面形成一层无色绝缘的氧化膜,膜厚≥10pm。 (3)对半固化片下料,其型号、尺寸符合要求。 (4)根据设计结构把已完成了黑化(棕化)的双面板、半固化片、铝板叠层按常规工艺作层压。层压后裁去毛边烘烤(150℃/4h)消除应力。 (5)铝基面贴上保护膜。按FR-4传统制作工艺钻孔全板电镀光成像图形电镀,蚀刻退膜,检查,然后对此双面板进行黑化(或棕化)。 (6)对线路面刷板,印阻焊与字符。 (7)根据设计要求进行热风整平、镀镍/金或镀银或涂敷耐热有机助焊剂。 若做热风整平需撕去保护膜热风整平后再贴上保护膜保护铝面。如果铝面已贴的是耐高温(250℃)保护膜,热风整平则可不必撕去。 (8)外形加工(铣、冲、剪或铣Ⅳ型槽)钻出安装孔。(9)最终检查耐压、绝缘电阻测试。 盲孔双面铝基板的全过程工艺流程简图见图3-8。 3陶瓷基印制电路板制造技术
陶瓷基印制电路板是指用陶瓷基板设计与制造的线路板一般是采用铜箔在高温下直接键合到氧化铝(Al;O.)、氮化铝(AIN)、莫来石等基片表面(单面或双面)而形成的一类特殊印制电路板基板。陶瓷材料具有高的化学与热稳定性、电阻高、高频特性突出、热导率高、熔点高等特性常用特种电子陶瓷制成的超薄复合基板具有优良电绝缘性能、高导热特性软钎焊性、高的附着强度等可采用与在有机PCB基板(如FR-4)上制作电子线路类似的方法与技术在其上形成导电图形(线路)获得产品允许具有大的载流能力。因此陶瓷基印制电路板可应用于大功率电力电子电路、LED照明等电子设备之中。
3.1陶瓷印制电路板的种类及特性
陶瓷基印制电路板种类较多。按照基板制作材质可分为结晶玻璃类和玻璃加填料类如三氧化二铝基印制电路板、氮化铝基印制电路板等。按照线路制作方法可分为陶瓷基厚膜印制电路板、薄膜陶瓷印制电路板、高/低温共烧陶瓷印制电路板、直接接合铜基印制电路板、直接镀铜基印制电路板5种,本书采用后者进行介绍。1)陶瓷基厚膜印制电路板 在电子材料领域一般将膜层厚度在lum左右的膜称为薄膜而膜层厚度在1025pm范围的膜称为厚膜。在基片上制造厚膜电路的主要工艺是印刷、烧结和调阻。常用方法是丝网印刷法即在烧结成瓷的陶瓷基板上反复交替地印刷导电浆料(如金浆料、银浆料、铜浆料)和介质浆料形成厚膜然后在低于1000℃的温度下烧结而成厚膜印制陶瓷基印制电路板。由于金浆料价格贵且金又会阻止焊料的析出以致返修能力大幅度下降所以只在特殊领域应用;银浆性价比较高应用较多;铜浆价廉但容易氧化近年来随着工艺技术的进步厚铜箔印制电路板已成功地应用于电子和通信领域极大地提高了电子产品性能从而也提高了整机散热、集成化程度和效率缩小了整机体积。2)陶瓷基薄膜印制电路板 陶瓷基厚膜印制电路板与陶瓷基薄膜印制电路板划分的依据是其导线层的厚度它们在制造工艺上的差异在于金属层的制程上陶瓷基薄膜印制电路板的优势在于其制程上采用类似半导体技术的精准特性。随着LED技术的进步产品制造技术采取高对位准确的共晶或覆晶制程成为发展方向在小尺寸芯片的覆晶制程中要求线路精准度达5um 以内、线路高低落差小于2pm这是目前厚膜制程难于达到的要求。另外在网印方式制作线路制程中由于网版张网等问题容易产生线路粗糙、对位不精准等现象陶瓷基厚膜印制电路板精确度难于符合许多高精度产品的要求从而限制了其应用。这为陶瓷基薄膜印制电路板提供了发展空间。3)高/低温共烧陶瓷基印制电路板 共烧陶瓷基板可分为高温共烧(HTCC)陶瓷基板和低温共烧(LTCC)陶瓷基板。共烧陶瓷基是目前陶瓷基印制电路板中运用最广泛的。 高温共烧陶瓷基板是把瓷粉和黏结剂、增塑剂、润滑剂和溶剂混合后制成生瓷片并与W或Mo/Mn等难熔金属的浆料在1500~1900℃烧结而成。高温共烧陶瓷基板中﹐瓷粉主要包括氧化铝、莫来石、氮化铝、氧化镀、碳化硅及氮化硅。低温烧结技术是1982年休斯公司开发的新型材料技术。低温共烧陶瓷粉制成厚度精确致密的陶瓷生片,利用激光钻孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺在陶瓷生片上制作所需要的电路图形。可使烧结温度下降到900℃以下可以用Ag、Cu、Ag-Pd等熔点较低的金属代替w、Mo等难熔金属作为布线导体既可以提高电导率又可以在大气中烧结。 高/低温共烧陶瓷基印制电路板又可分为: (1高温熔合陶瓷基板(hight-temperature fusion ceramicHTFC)将高温绝缘性能好及高热传导的AlzO。或AIN陶瓷基板的单面或双面运用钢板移印技术将高传导介质材料印制成线路放置于850~950℃的烧结炉中烧结成型即可完成。 (2)低温共烧多层陶瓷基印制电路板(low-temperature co-fired ceramicLTCC)此技术须先将无机的氧化铝粉与30%~50%的玻璃材料加上有机黏结剂使其混合均匀称为泥装的浆料接着利用刮刀把浆料刮成片状再经由一道干燥过程将片状浆料形成一片片薄的生胚然后依各层的设计钻导通孔作为各层信号的传递LTCC内部线路则运用网版印刷技术分别于生胚上做填孔及印制线路内外电极则可分别使用银、铜、金等金属最后将各层做叠层动作放置于850~900℃的烧结炉中烧结成型即可完成。 (3)高温共烧多层陶瓷基印制电路板(hight-temperature co-fired ceramicHTCC),生产制造过程与LTCC极为相似主要的差异点在于HTCC的陶瓷粉末并无玻璃材质,因此HTCC必须在高温1200~1600℃环境下干燥硬化成生胚接着同样钻上导通孔,以网版印刷技术填孔于印制线路因其共烧温度较高使得金属导体材料的选择受限,其主要的材料为熔点较高但导电性却较差的钨、钼、锰等金属最后再叠层烧结成型。 4)直接接合铜基印制电路板 直接接合铜基印制电路板(direct bonded copperDBC)将高绝缘性的AlO。或AIN陶瓷基板的单面或双面覆上铜金属后经由高温1065~1085℃的环境加热使铜金属因高温氧化扩散与Al:O。材质产生(Eutectic)共晶熔体使铜金属陶瓷基板黏合形成陶瓷复合金属基板最后依据线路设计以蚀刻方式制备线路。 5)直接镀铜基印制电路板 直接镀铜基印制电路板( direct plate copperDPC)先将陶瓷基板做前处理清洁利用薄膜专业制造技术——真空镀膜方式于陶瓷基板上溅镀于铜金属复合层接着以黄光微影的光阻被覆曝光、显影、蚀刻、去膜制程完成线路制作最后再以电镀/化学镀沉积方式增加线路的厚度,待光阻移除后即完成金属化线路制作。
2几种常见印制电路用陶瓷基板简介 4大电流(厚铜层)印制电路板制造技术
厚铜板可承载大电流、减少热应变和具有高散热性能多用于通信设备、航空航天、汽车、网络能源、平面变压器、电源模块等。大电流(厚铜层)印制电路板自问世起PCB的应用领域就跨入了一个新的工业产品领域——功率电子产品。 1958年美国GE公司生产了第一只晶闸管开创了功率半导体器件产生了功率电子行业。1973年美国西屋公司研究室主任Dr. Newell首次提出功率电子技术概念给出其经典的定义为:功率电子又习惯上称为电力电子(power electronics)它是一门以包含电工、电子、控制等多个子学科的交叉技术作为支撑的一类产品。功率流经功率电子电路受电子器件控制。功率电子技术与微电子技术的差异在于:微电子技术的功能是信息处理即对小信号的放大、运算、波形变换等主要用于信号传感及变送;功率电子技术的主要功能是功率调节或功率处理其实质是功率变换即将某一电压(或电流、频率、波形)的电能变换为另一种电压(或电流、频率、波形)的电能功率变换包括可控整流、逆变、变频、DC-DC 等各种变换。变换的功率其电流大于几 kA电压超过数十kV容量达到兆瓦级。
4.1 大电流(厚铜层)印制电路板概述
1大电流(厚铜层)印制电路板定义 通常将厚度105um(单位面积质量915 g/m2或3 oz/ft3)及以上的铜箔(经表面处理的.电解铜箔或压延铜箔)统称为厚铜箔将厚度300m及以上的铜箔称为超厚铜箔用厚铜箔及超厚铜箔制成的印制电路板被称为“厚铜印制电路板”。与常规印制电路板相比较这类印制电路板在性能上最突出的表现就是能稳定地通过大电流以及更好散发由负载大电流在基板内产生的高热量的特性因此又被称为大电流(厚铜)印制电路板。2大电流(厚铜层)印制电路板的特点 大电流(厚铜层)印制电路板是日本共荣电资公司(Kyoei Denshi Co.Ltd)生产的一类主导产品大电流厚铜印制电路板具有以下几个优点: (1)提供元件向外散热通道。大电流(厚铜层)印制电路板的线路厚度一般大于105um相比于常规355um厚度线路其散热截面提高了2倍以上深入PCB内部的线路可起到“散热指”的功效进而解决大功率器件、高密度集成产生的散热难题。 (2)大电流(厚铜层)印制板在汽车、电源、电力电子等领域中应用可替代传统的电缆配线、金属板排条等输电结构这不仅可以提高生产效率同时还可以降低布线成本以及系统维护成本等。 (3)印制板内部厚铜层电子线路高效的热传递效率可避免产品局部热量堆积实现PCB.内部热均一化从而提升终端整机产品性能的热稳定与可靠性。 (4)采用PCB内部厚铜层代替传统电缆配线产品中电子元件、器件的集成提高配线设计更加方便有利于终端整机产品的小型化设计。 (5)由于铜的密度较高厚铜层印制电路板不利于电子产品的轻型化。
3大电流(厚铜层)印制电路板热处理的理论基础 PCB中的热量主要来源于电子元器件的发热、PCB本身的发热、PCB 以外的其他部分传来的热(如整机工作环境的热)三个方面。在这三个热源中元器件的发热量最大其次是PCB板电路所产生的热量。 元器件的发热量是由其功耗决定的承载大功率器件(多指用于处理大容量电功率、能够控制电路通断的电子器件)的 PCB一般都伴随着大电流(百毫安级以上)从导电线路上通过因此在大电流PCB设计时首先要考虑导电层通过大电流的能力。其次要考虑PCB安全承受大电流所产生热量的能力。从理论上讲:铜导体承受电流的大小与其导电线路横截面积大小成正比即从增加铜箔厚度或加大线宽值两个方面设计可以来满足电流荷载要求鉴于PCB散热性、安全性、耐久性等需求PCB对其最大负载下的温升做了安全规定一般在大电流PCB设计时其实际的导体截面积的选择要高于理论的载电流所需截面积(表3-18、图3-17、图3-18)。
