2025-10-15
ภาพที่สนับสนุนลูกค้า
ในภาคอิเล็กทรอนิกส์กำลังสูง PCB ฐานอะลูมิเนียม 2 ชั้นกลายเป็น "ส่วนประกอบสำคัญ" สำหรับไฟ LED โมดูลพลังงาน EV และตัวควบคุมกำลังทางอุตสาหกรรม เนื่องจากมีความสามารถในการกระจายความร้อนได้ดีเยี่ยม ตามรายงานของ Grand View Research ขนาดตลาด PCB ฐานอะลูมิเนียมทั่วโลกมีมูลค่าถึง 1.8 พันล้านดอลลาร์ในปี 2023 โดย PCB ฐานอะลูมิเนียม 2 ชั้นคิดเป็น 35% และเติบโตในอัตรามากกว่า 25% ต่อปี อย่างไรก็ตาม ผลผลิตจากการผลิตต่ำกว่า PCB FR4 แบบดั้งเดิมมานานแล้ว (ผลผลิตเฉลี่ย 75% เทียบกับ 90% สำหรับ FR4) โดยที่ปัญหาคอขวดของแกนหลักอยู่ในความท้าทายทางเทคนิค 3 ประการ: ความเข้ากันได้ระหว่างฐานอะลูมิเนียมและชั้นไดอิเล็กทริก ความเสถียรทางความร้อนของเรซิน และการยึดเกาะของหน้ากากบัดกรี ปัญหาเหล่านี้ไม่เพียงแต่ทำให้ต้นทุนการผลิตสูงขึ้น แต่ยังเสี่ยงต่อความล้มเหลวของอุปกรณ์เนื่องจากความร้อนสูงเกินไปและการลัดวงจร ตัวอย่างเช่น ผู้ผลิตรถยนต์เคยเผชิญกับการเรียกคืนรถยนต์หลายพันคัน หลังจากการแยกชั้นของ PCB ฐานอะลูมิเนียม 2 ชั้น ส่งผลให้โมดูลพลังงาน EV ทำงานผิดปกติ
บทความนี้จะวิเคราะห์จุดบกพร่องทางเทคนิคหลักอย่างลึกซึ้งในการผลิต PCB ฐานอะลูมิเนียม 2 ชั้น นำเสนอโซลูชันที่นำไปปฏิบัติได้จริงตามแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดของอุตสาหกรรม และรวมตารางกระบวนการตรวจสอบคุณภาพเพื่อช่วยให้ผู้ผลิตเพิ่มผลผลิตและลดความเสี่ยง
ประเด็นสำคัญ
1. การควบคุมคุณภาพการติดกาว: การใช้การอัดร้อนแบบสุญญากาศ (อุณหภูมิ 170-180 ℃ ความดัน 30-40 กก./ซม.²) ร่วมกับการรักษาพื้นผิวพลาสมาสามารถลดอัตราการแยกตัวระหว่างฐานอลูมิเนียมและชั้นอิเล็กทริกให้ต่ำกว่า 0.5% ซึ่งเกินอัตราการแยกตัวของการอัดร้อนแบบเดิมมาก (3.5-5.0%)
2.เกณฑ์การคัดเลือกเรซิน: สำหรับสถานการณ์พลังงานปานกลางถึงสูง (เช่น ไฟ LED ไฟหน้ารถยนต์) จัดลำดับความสำคัญของอีพอกซีเรซินที่เติมเซรามิก (ค่าการนำความร้อน 1.2-2.5 W/mK) สำหรับสถานการณ์ที่มีอุณหภูมิสูง (เช่น เตาอบอุตสาหกรรม) ให้เลือกโพลีอิไมด์เรซิน (ทนต่ออุณหภูมิ 250-300°C) เพื่อหลีกเลี่ยงการแตกร้าวภายใต้วงจรความร้อน
3. การป้องกันข้อบกพร่องของหน้ากากประสาน: พื้นผิวฐานอลูมิเนียมจะต้องผ่านการบำบัด "ล้างไขมัน → การดอง → การชุบอโนไดซ์" การยึดเกาะควรถึงเกรด 5B (ไม่มีการลอก) ในการทดสอบแบบตัดขวาง และเส้นผ่านศูนย์กลางรูเข็มที่ตรวจพบโดย AOI จะต้อง <0.1 มม. ซึ่งสามารถลดความเสี่ยงจากการลัดวงจรได้ 90%
4. การตรวจสอบคุณภาพแบบเต็มกระบวนการ: รายการตรวจสอบที่จำเป็น ได้แก่ การตรวจจับข้อบกพร่องล้ำเสียง (หลังการเคลือบ) การทดสอบการนำความร้อนด้วยแฟลชเลเซอร์ (หลังการบ่มด้วยเรซิน) และการทดสอบหัววัดการบิน (สำหรับจุดผ่านสำเร็จรูป) การปฏิบัติตามมาตรฐาน IPC สามารถเพิ่มผลตอบแทนได้มากกว่า 88%
ความท้าทายทางเทคนิคหลัก 3 ประการในการผลิต PCB ฐานอะลูมิเนียม 2 ชั้น
โครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์ของ PCB ฐานอะลูมิเนียม 2 ชั้น (ซับสเตรตอะลูมิเนียม + ชั้นไดอิเล็กทริก + ฟอยล์ทองแดงสองชั้น) ทำให้กระบวนการผลิตมีความซับซ้อนมากกว่า PCB FR4 มาก "ช่องว่างความเข้ากันได้" โดยธรรมชาติระหว่างคุณสมบัติโลหะของอะลูมิเนียมและลักษณะอโลหะของชั้นไดอิเล็กทริกและหน้ากากประสาน หมายความว่าแม้แต่การเบี่ยงเบนกระบวนการเล็กน้อยก็อาจทำให้เกิดข้อบกพร่องร้ายแรงได้
ความท้าทายที่ 1: ความล้มเหลวในการยึดเกาะระหว่างฐานอลูมิเนียมและชั้นไดอิเล็กทริก (การแยกชั้น ฟองอากาศ)
การยึดติดถือเป็น "อุปสรรคสำคัญประการแรก" ในการผลิต PCB ฐานอะลูมิเนียม 2 ชั้น และความแข็งแรงในการยึดเกาะระหว่างฐานอะลูมิเนียมและชั้นไดอิเล็กทริกจะกำหนดความน่าเชื่อถือในระยะยาวของ PCB โดยตรง อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติทางเคมีของอะลูมิเนียมและการควบคุมกระบวนการที่ไม่เหมาะสมมักนำไปสู่ความล้มเหลวในการยึดเกาะ
สาเหตุหลัก: ความแตกต่างของวัสดุและการเบี่ยงเบนของกระบวนการ
1.ฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวอลูมิเนียมขัดขวางการยึดเกาะ: อลูมิเนียมจะก่อตัวเป็นฟิล์ม Al₂O₃ ออกไซด์หนา 2-5 นาโนเมตรในอากาศอย่างรวดเร็ว ฟิล์มชนิดนี้เฉื่อยและไม่สามารถทำปฏิกิริยาทางเคมีกับเรซินชั้นอิเล็กทริกได้ ส่งผลให้กำลังยึดเกาะไม่เพียงพอ หากไม่ได้เอาออกทั้งหมดก่อนแปรรูป ฟิล์มออกไซด์จะแยกออกจากชั้นอิเล็กทริกในระหว่างการหมุนเวียนด้วยความร้อน (เช่น -40°C~125°) ทำให้เกิดการหลุดร่อน
2.CTE ไม่ตรงกันทำให้เกิดความเครียดจากความร้อน: ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน (CTE) ของอะลูมิเนียมคือ 23ppm/℃ ในขณะที่ค่าสัมประสิทธิ์ของชั้นอิเล็กทริกทั่วไป (เช่น อีพอกซีเรซิน) มีค่าเพียง 15ppm/℃—ความแตกต่าง 53% เมื่อ PCB เผชิญกับความผันผวนของอุณหภูมิ ฐานอะลูมิเนียมและชั้นไดอิเล็กทริกจะขยายตัวและหดตัวในองศาที่ต่างกัน ทำให้เกิดความเครียดจากการฉีกขาดเมื่อเวลาผ่านไป ซึ่งทำให้เกิดการแตกร้าวของชั้นพันธะ
3. พารามิเตอร์การเคลือบที่ไม่สามารถควบคุมได้ทำให้เกิดข้อบกพร่อง: ในการกดร้อนแบบดั้งเดิม ความผันผวนของอุณหภูมิ (มากกว่า ±5°C) หรือแรงดันที่ไม่สม่ำเสมอทำให้เกิดการไหลที่ไม่สม่ำเสมอของชั้นไดอิเล็กตริกเรซิน - แรงดันในพื้นที่ไม่เพียงพอทำให้เกิดฟองอากาศ ในขณะที่อุณหภูมิที่มากเกินไปทำให้เกิดการบ่มเรซินมากเกินไป (ทำให้เปราะและลดความเหนียวในการยึดเกาะ)
ผลกระทบ: จากความล้มเหลวในการทำงานไปจนถึงความเสี่ยงด้านความปลอดภัย
1.การพังทลายของประสิทธิภาพของฉนวน: ช่องว่างในชั้นอิเล็กทริกหลังการแยกชั้นทำให้เกิดไฟฟ้าขัดข้อง (โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานการณ์ไฟฟ้าแรงสูง เช่น อินเวอร์เตอร์ EV) นำไปสู่การลัดวงจรและอุปกรณ์เหนื่อยหน่าย
2.ความล้มเหลวในการกระจายความร้อน: หน้าที่หลักของฐานอลูมิเนียมคือการนำความร้อน การแยกชั้นทำให้ความต้านทานความร้อนเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว (จาก 0.5°C/W เป็นมากกว่า 5°C/W) และส่วนประกอบกำลังสูง (เช่น ไฟ LED 20W) ไหม้เนื่องจากการกระจายความร้อนไม่ดี ทำให้อายุการใช้งานลดลงจาก 50,000 ชั่วโมงเหลือ 10,000 ชั่วโมง
3.การสูญเสียการทำงานซ้ำจำนวนมาก: ผู้ผลิต LED เคยประสบปัญหาอัตราการหลุดร่อน 4.8% ด้วยการอัดร้อนแบบดั้งเดิม ส่งผลให้แผ่น PCB ฐานอลูมิเนียม 2 ชั้นเสียหาย 5,000 ชิ้น และสูญเสียโดยตรงเกิน 30,000 ดอลลาร์
วิธีการตรวจจับข้อบกพร่อง
ก. การตรวจจับข้อบกพร่องด้วยอัลตราโซนิก: การใช้หัววัดความถี่สูง 20-50MHz สามารถตรวจจับการหลุดร่อนหรือฟองอากาศที่มีขนาดใหญ่กว่า 0.1 มม. ซึ่งเป็นไปตามมาตรฐาน IPC-A-600G 2.4.3
ข การทดสอบแรงดึง: ตามมาตรฐาน IPC-TM-650 2.4.9 ความแข็งแรงในการยึดเกาะจะต้องอยู่ที่ ≥1.5กก./ซม. (แรงลอกระหว่างฟอยล์ทองแดงและฐานอลูมิเนียม) ค่าด้านล่างนี้ถือว่าไม่มีคุณสมบัติ
c. การทดสอบการกระแทกด้วยความร้อน: ไม่มีการหลุดหรือการแตกร้าวหลังจาก 100 รอบของ -40 ℃ ~ 125 ℃ ถือว่ามีคุณสมบัติ มิฉะนั้น กระบวนการเชื่อมต้องมีการปรับให้เหมาะสม
การเปรียบเทียบประสิทธิภาพของกระบวนการพันธะต่างๆ
| กระบวนการพันธะ | ช่วงอุณหภูมิ (℃) | ช่วงความดัน (กก./ซม.²) | ระยะเวลาดำเนินการ (นาที) | อัตราการหลุดลอก (%) | อัตราการผ่านช็อกความร้อน (100 รอบ) | สถานการณ์การใช้งาน |
|---|---|---|---|---|---|---|
| การเชื่อมแบบกดร้อนแบบดั้งเดิม | 160-170 | 25-30 | 15-20 | 3.5-5.0 | 75-80% | ไฟ LED สำหรับผู้ใช้พลังงานต่ำ (เช่น ไฟแสดงสถานะ) |
| การเชื่อมแบบกดร้อนแบบสุญญากาศ | 170-180 | 30-40 | 20-25 | 0.3-0.8 | 98-99% | แหล่งจ่ายไฟ EV กำลังสูง, ไฟถนน LED |
| เครื่องกดร้อนแบบสุญญากาศ + การบำบัดด้วยพลาสม่า | 170-180 | 30-40 | 25-30 | 0.1-0.3 | มากกว่า 99.5% | สถานการณ์ที่มีความน่าเชื่อถือสูง (การทหาร การบินและอวกาศ) |
ความท้าทายที่ 2: ข้อบกพร่องในการปั่นจักรยานด้วยความร้อนที่เกิดจากประสิทธิภาพของเรซินไม่เพียงพอ (การแตกร้าว ฟองอากาศ)
เรซินทำหน้าที่เป็นทั้ง "สะพานการนำความร้อน" และ "กาวโครงสร้าง" ใน PCB ฐานอะลูมิเนียม 2 ชั้น อย่างไรก็ตาม หากความเสถียรทางความร้อนและการไหลไม่ตรงกับสถานการณ์การใช้งาน ข้อบกพร่องร้ายแรงจะเกิดขึ้นระหว่างการประมวลผลหรือการใช้งาน
สาเหตุหลัก: การเลือกเรซินไม่ถูกต้องและกระบวนการบ่มที่ไม่เหมาะสม
1.ค่าการนำความร้อนของเรซินและสถานการณ์ไม่ตรงกัน: การใช้เรซินเซรามิกราคาสูงสำหรับสถานการณ์พลังงานต่ำจะทำให้ต้นทุนเพิ่มขึ้น ในขณะที่การใช้อีพอกซีเรซินธรรมดา (ค่าการนำความร้อน 0.3-0.8 W/mK) สำหรับสถานการณ์พลังงานสูง (เช่น โมดูลชาร์จ EV) ทำให้เกิดการสะสมความร้อน เรซินจะคงอยู่ในสถานะอุณหภูมิสูง (>150°C) เป็นเวลานาน ส่งผลให้เกิดคาร์บอนไดออกไซด์และการแตกร้าว
2. การออกแบบเส้นโค้งการบ่มที่ไม่สมเหตุสมผล: การบ่มด้วยเรซินต้องใช้สามขั้นตอน - "การทำความร้อน → อุณหภูมิคงที่ → การทำความเย็น":
ก. อัตราการให้ความร้อนเร็วเกินไป (>5°C/นาที) ป้องกันไม่ให้ส่วนประกอบที่ระเหยง่ายในเรซินหลุดออกไปทันเวลา (เกิดฟองอากาศ)
ข เวลาอุณหภูมิคงที่ไม่เพียงพอ (<15 นาที) ส่งผลให้การบ่มไม่สมบูรณ์ (ความแข็งของเรซินต่ำ มีแนวโน้มที่จะสึกหรอ);
ค.อัตราการเย็นตัวเร็วเกินไป (>10°C/นาที) ทำให้เกิดความเครียดภายใน ทำให้เกิดการแตกร้าวของเรซิน
3.ความเข้ากันได้ไม่ดีระหว่างเรซินและฐานอลูมิเนียม: เรซินบางชนิด (เช่น เรซินฟีนอลิกธรรมดา) มีการยึดเกาะกับฐานอลูมิเนียมไม่ดี และมีแนวโน้มที่จะ "แยกส่วน" หลังจากการบ่ม ในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้น (เช่น ไฟ LED กลางแจ้ง) ความชื้นจะซึมเข้าสู่ส่วนต่อประสาน ซึ่งจะช่วยเร่งการเสื่อมสภาพของเรซิน
ผลกระทบ: ประสิทธิภาพลดลงและอายุการใช้งานลดลง
ก. ความล้มเหลวในการนำความร้อน: ผู้ผลิต EV ครั้งหนึ่งเคยใช้อีพอกซีเรซินธรรมดา (ค่าการนำความร้อน 0.6 W/mK) เพื่อสร้าง PCB พลังงาน ส่งผลให้อุณหภูมิในการทำงานของโมดูลสูงถึง 140°C (เกินขีดจำกัดการออกแบบที่ 120°C) และประสิทธิภาพการชาร์จลดลงจาก 95% เป็น 88%
ข การลัดวงจรที่เกิดจากการแตกของเรซิน: เรซินที่แตกร้าวจะทำให้วงจรฟอยล์ทองแดงเกิด ในที่ที่มีน้ำหรือฝุ่นควบแน่น จะทำให้เกิดการลัดวงจรระหว่างวงจรที่อยู่ติดกัน ส่งผลให้อุปกรณ์หยุดทำงาน (เช่น การปิดเครื่องควบคุมทางอุตสาหกรรมกะทันหัน)
ง. ความผันผวนของคุณภาพแบทช์: พารามิเตอร์การบ่มที่ไม่สามารถควบคุมได้ทำให้เกิดความแตกต่าง 15% ในความแข็งของเรซิน (ทดสอบด้วยเครื่องทดสอบความแข็งฝั่ง) ภายในชุดเดียวกัน PCB บางตัวแตกหักระหว่างการติดตั้งเนื่องจากเรซินอ่อนเกินไป
การเปรียบเทียบประสิทธิภาพของเรซินชนิดต่างๆ (พารามิเตอร์หลัก)
| ประเภทเรซิน | ค่าการนำความร้อน (W/mK) | ความเสถียรของการปั่นจักรยานด้วยความร้อน (-40 ℃~125 ℃, 1,000 รอบ) | ทนต่ออุณหภูมิสูงสุด (℃) | ความเป็นฉนวน (kV/mm) | ต้นทุนสัมพัทธ์ | สถานการณ์การใช้งาน |
|---|---|---|---|---|---|---|
| อีพอกซีเรซินธรรมดา | 0.3-0.8 | อัตราการแคร็ก 15-20% | 120-150 | 15-20 | 1.0 | ไฟ LED พลังงานต่ำ, เซ็นเซอร์ขนาดเล็ก |
| อีพอกซีเรซินที่เติมเซรามิก | 1.2-2.5 | อัตราการแคร็ก 3-5% | 180-200 | 20-25 | 2.5-3.0 | ไฟ LED ไฟหน้ารถยนต์, โมดูล EV แรงดันต่ำ |
| อีพอกซีเรซินที่ดัดแปลงด้วยซิลิโคน | 0.8-1.2 | อัตราการแคร็ก 2-4% | 160-180 | 18-22 | 2.0-2.2 | จอแสดงผล LED กลางแจ้ง (ทนความชื้น) |
| โพลีอิไมด์เรซิน | 0.8-1.5 | อัตราการแคร็ก 1-2% | 250-300 | 25-30 | 4.0-5.0 | เซ็นเซอร์เตาอบอุตสาหกรรม อุปกรณ์ทางทหาร |
ประเด็นสำคัญสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการบ่มด้วยเรซิน
ก. อัตราการทำความร้อน: ควบคุมที่ 2-3 ℃/นาที เพื่อป้องกันไม่ให้ส่วนประกอบระเหยเดือดและเกิดฟอง
ข อุณหภูมิ/เวลาคงที่: 150°C/20 นาทีสำหรับอีพอกซีเรซินธรรมดา 170°C/25 นาทีสำหรับเรซินที่เติมเซรามิก และ 200°C/30 นาทีสำหรับโพลิอิไมด์
ค อัตราการทำความเย็น: ≤5℃/นาที การระบายความร้อนตามขั้นตอน (เช่น 150°C→120°C→80°C โดยมีฉนวน 10 นาทีในแต่ละขั้นตอน) สามารถใช้เพื่อลดความเครียดภายในได้
ความท้าทายที่ 3: ความล้มเหลวในการยึดเกาะของหน้ากากประสานและข้อบกพร่องของพื้นผิว (การหลุดลอก รูเข็ม)
หน้ากากประสานทำหน้าที่เป็น "ชั้นป้องกัน" ของ PCB ฐานอะลูมิเนียม 2 ชั้น ซึ่งมีหน้าที่ในการเป็นฉนวน ความต้านทานการกัดกร่อน และการป้องกันความเสียหายทางกล อย่างไรก็ตาม ความเรียบและความเฉื่อยทางเคมีของพื้นผิวฐานอะลูมิเนียมทำให้การยึดเกาะของหน้ากากประสานทำได้ยาก ซึ่งนำไปสู่ข้อบกพร่องต่างๆ
สาเหตุหลัก: การรักษาพื้นผิวไม่เพียงพอและข้อบกพร่องของกระบวนการเคลือบ
1. การทำความสะอาดพื้นผิวฐานอลูมิเนียมที่ไม่สมบูรณ์: ในระหว่างการประมวลผล พื้นผิวฐานอลูมิเนียมจะกักเก็บน้ำมัน (น้ำมันตัด ลายนิ้วมือ) หรือตะกรันออกไซด์ได้อย่างง่ายดาย เรซินมาส์กบัดกรีไม่สามารถยึดติดกับฐานอะลูมิเนียมได้อย่างแน่นหนา และมีแนวโน้มที่จะลอกออกหลังจากการบ่ม
2. กระบวนการบำบัดพื้นผิวที่ไม่เหมาะสม: การทำความสะอาดด้วยสารเคมีทั่วไปจะขจัดเฉพาะน้ำมันบนพื้นผิวเท่านั้น แต่ไม่สามารถกำจัดฟิล์มออกไซด์ (Al₂O₃) ได้ การยึดเกาะระหว่างหน้ากากประสานและฐานอลูมิเนียมจะอยู่ที่เกรด 3B เท่านั้น (ตามมาตรฐาน ISO 2409 โดยมีการลอกขอบ) ชั้นอะโนไดซ์ที่ปิดผนึกจะรักษารูขุมขนไว้ และเรซินมาส์กประสานจะซึมเข้าไปในรูขุมขนเหล่านี้ในระหว่างการเคลือบ ทำให้เกิดรูเข็ม
3.พารามิเตอร์การเคลือบที่ไม่สามารถควบคุมได้: ในระหว่างการพิมพ์สกรีน แรงกดของไม้กวาดหุ้มยางที่ไม่สม่ำเสมอ (เช่น แรงกดที่ขอบไม่เพียงพอ) ทำให้เกิดความหนาของหน้ากากประสานที่ไม่สม่ำเสมอ (ความหนาเฉพาะที่ <15μm) และพื้นที่บาง ๆ มีแนวโน้มที่จะพังทลาย อุณหภูมิการอบแห้งที่สูงเกินไป (>120°C) ทำให้เกิดการบ่มพื้นผิวของหน้ากากประสานก่อนเวลาอันควร ดักจับตัวทำละลายไว้ภายในและก่อตัวเป็นฟอง
ผลกระทบ: ความน่าเชื่อถือลดลงและอันตรายด้านความปลอดภัย
ก. ความล้มเหลวของวงจรเนื่องจากการกัดกร่อน: หลังจากการลอกหน้ากากประสาน ฐานอลูมิเนียมและฟอยล์ทองแดงจะถูกสัมผัสกับอากาศ ในสถานการณ์กลางแจ้ง (เช่น PCB ไฟถนน) น้ำฝนและสเปรย์เกลือทำให้เกิดการกัดกร่อน เพิ่มความต้านทานของวงจร และลดความสว่างของ LED มากกว่า 30%
ข การลัดวงจรที่เกิดจากรูเข็ม: รูเข็มที่มีขนาดใหญ่กว่า 0.1 มม. กลายเป็น "ช่องนำไฟฟ้า" ฝุ่นหรือเศษโลหะที่เข้าไปในรูเข็มเหล่านี้ทำให้เกิดการลัดวงจรระหว่างข้อต่อบัดกรีที่อยู่ติดกัน ตัวอย่างเช่น การลัดวงจรใน EV PCB จะกระตุ้นให้ฟิวส์ขาด
ค การปฏิเสธของลูกค้าเนื่องจากรูปลักษณ์ที่ไม่ดี: หน้ากากประสานและฟองอากาศที่ไม่สม่ำเสมอส่งผลต่อลักษณะของ PCB ผู้ผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคเคยปฏิเสธ PCB ฐานอะลูมิเนียม 2 ชั้นจำนวน 3,000 ชิ้นเนื่องจากปัญหานี้ โดยมีค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมสูงกว่า 22,000 ดอลลาร์
การเปรียบเทียบประสิทธิภาพของกระบวนการปรับสภาพพื้นผิวฐานอะลูมิเนียม
| กระบวนการบำบัดพื้นผิว | ขั้นตอนหลัก | ระยะเวลาดำเนินการ (นาที) | เกรดการยึดเกาะ (ISO 2409) | ความต้านทานสเปรย์เกลือ (500 ชม. อัตราการเกิดสนิม) | ความหยาบผิว (Ra, μm) | ต้นทุนสัมพัทธ์ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| การทำความสะอาดด้วยสารเคมีทั่วไป | การล้างไขมัน → การดอง → การล้างน้ำ | 10-15 | 3B-4B (การลอกขอบ) | 8-10% | 0.2-0.3 | 1.0 |
| ทู่สารเคมี | การล้างไขมัน → การดอง → การทู่ (โครเมต) → การล้างด้วยน้ำ | 15-20 | 2B-3B (ลอกเล็กน้อย) | 3-5% | 0.3-0.4 | 1.8 |
| อโนไดซ์ (ปิดผนึก) | การล้างไขมัน → อโนไดซ์ → การปิดผนึก (เกลือนิกเกิล) → การล้างด้วยน้ำ | 25-30 | 5B (ไม่มีการลอก) | <1% | 0.8-1.0 | 3.5 |
| การทำความสะอาดพลาสม่า + อโนไดซ์ | การทำความสะอาดพลาสมา → อโนไดซ์ → การปิดผนึก | 30-35 | 5B+ (เกินการยึดเกาะมาตรฐาน) | <0.5% | 1.0-1.2 | 4.2 |
ประเด็นสำคัญสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการเคลือบหน้ากากประสาน
ก. การเลือกหน้าจอ: ใช้หน้าจอโพลีเอสเตอร์ตาข่าย 300-400 เพื่อให้แน่ใจว่าความหนาของหน้ากากประสานสม่ำเสมอ (20-30μm)
ข พารามิเตอร์ไม้กวาดหุ้มยาง: ความดัน 5-8 กก. มุม 45-60° ความเร็ว 30-50 มม./วินาที เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้งานพิมพ์หายไปหรือความหนาไม่สม่ำเสมอ
ค. การอบแห้งและการบ่ม: การอบแห้งสองขั้นตอน — 80°C/15 นาที (การอบแห้งล่วงหน้าเพื่อขจัดตัวทำละลาย) และ 150°C/30 นาที (การบ่มแบบเต็ม) เพื่อป้องกันการเกิดฟอง
การผลิต PCB ฐานอะลูมิเนียม 2 ชั้น: โซลูชันที่เชื่อถือได้และแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุด
เพื่อจัดการกับความท้าทายสามประการข้างต้น ผู้ผลิตชั้นนำในอุตสาหกรรมได้เพิ่มผลผลิต PCB ฐานอะลูมิเนียม 2 ชั้นจาก 75% เป็นมากกว่า 88% ผ่านทาง "การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ + การอัพเกรดอุปกรณ์ + การปรับปรุงการตรวจสอบคุณภาพ" ด้านล่างนี้คือโซลูชันที่ผ่านการตรวจสอบและนำไปปฏิบัติได้
โซลูชันที่ 1: กระบวนการติดยึดที่แม่นยำ—การแก้ปัญหาการหลุดล่อนและฟองสบู่
แนวคิดหลัก: กำจัดฟิล์มออกไซด์ + ควบคุมพารามิเตอร์การกดร้อนอย่างแม่นยำ
1.การปรับสภาพพื้นผิวฐานอลูมิเนียม: การทำความสะอาดพลาสม่า
ใช้เครื่องทำความสะอาดพลาสมาในบรรยากาศ (กำลังไฟ 500-800 วัตต์ ก๊าซ: อาร์กอน + ออกซิเจน) เพื่อทำความสะอาดพื้นผิวฐานอะลูมิเนียมเป็นเวลา 30-60 วินาที พลาสมาจะสลายฟิล์มออกไซด์ (Al₂O₃) และก่อตัวเป็นหมู่แอคทีฟไฮดรอกซิล (-OH) ส่งผลให้แรงยึดเหนี่ยวทางเคมีระหว่างเรซินชั้นไดอิเล็กทริกและเบสอะลูมิเนียมเพิ่มขึ้นมากกว่า 40% การทดสอบโดยผู้ผลิต EV PCB แสดงให้เห็นว่าหลังการบำบัดด้วยพลาสมา แรงดึงในการยึดเกาะเพิ่มขึ้นจาก 1.2 กก./ซม. เป็น 2.0 กก./ซม. ซึ่งเกินมาตรฐาน IPC มาก
2. อุปกรณ์การเคลือบ: เครื่องกดร้อนแบบสุญญากาศ + การตรวจสอบแบบเรียลไทม์ เลือกเครื่องกดร้อนแบบสุญญากาศพร้อมระบบควบคุมอุณหภูมิ PID (ระดับสุญญากาศ ≤-0.095MPa) เพื่อให้ได้:
ก. การควบคุมอุณหภูมิ: ความผันผวน ±2°C (เช่น อุณหภูมิการเคลือบสำหรับเรซินที่เติมเซรามิกคือ 175°C โดยมีค่าเบี่ยงเบนจริง ≤±1°C)
ข การควบคุมแรงดัน: ความแม่นยำ ±1 กก./ซม.² พร้อมการปรับแรงดันแบบแบ่งโซน (แรงดันขอบสูงกว่าแรงดันตรงกลาง 5%) เพื่อหลีกเลี่ยงการไหลของชั้นอิเล็กทริกที่ไม่สม่ำเสมอ
c. การควบคุมเวลา: ตั้งค่าตามประเภทของเรซิน (เช่น เวลาเคลือบ 30 นาทีสำหรับโพลีอิไมด์เรซิน) เพื่อป้องกันการบ่มน้อยเกินไปหรือบ่มมากเกินไป
3. การตรวจสอบหลังการติดพันธะ: การตรวจจับข้อบกพร่องด้วยอัลตราโซนิก 100%
ทันทีหลังจากการเคลือบ ให้สแกนด้วยโพรบอัลตราโซนิก 20MHz เพื่อตรวจจับการหลุดร่อนและฟองอากาศ ทำเครื่องหมาย PCBs ที่มีฟองอากาศที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง ≥0.2 มม. หรือมีการแยกชั้นที่มีความยาว ≥1 มม. ว่าไม่มีเงื่อนไข และทำใหม่ (การชุบพลาสมาใหม่ + การเคลือบ) โดยให้ผลตอบแทนการทำงานซ้ำมากกว่า 90%
กรณีการสมัคร
หลังจากใช้โซลูชัน "การทำความสะอาดพลาสมา + การอัดร้อนด้วยสุญญากาศ" ผู้ผลิตไฟถนน LED รายหนึ่งได้ลดอัตราการแยกชั้นของ PCB ฐานอะลูมิเนียม 2 ชั้นจาก 4.5% เป็น 0.3% อุณหภูมิการทำงานของโมดูลไฟถนนลดลงจาก 135°C เป็น 110°C อายุการใช้งานขยายจาก 30,000 ชั่วโมงเป็น 50,000 ชั่วโมง และต้นทุนหลังการขายลดลง 60%
โซลูชันที่ 2: การเลือกเรซินและการเพิ่มประสิทธิภาพการบ่ม—การแก้ปัญหาการแตกร้าวและการนำความร้อนไม่เพียงพอ
แนวคิดหลัก: จับคู่เรซินกับสถานการณ์ + เส้นโค้งการบ่มแบบดิจิทัล
1.คู่มือการเลือกเรซิน (ตามกำลัง/สิ่งแวดล้อม)
ก. พลังงานต่ำ (<5 วัตต์): อีพอกซีเรซินธรรมดา (ต้นทุนต่ำ เช่น เรซินเกรด FR-4) สำหรับเซ็นเซอร์ในอาคารและ LED ขนาดเล็ก
ข. กำลังไฟปานกลาง (5-20 วัตต์): อีพอกซีเรซินที่เติมเซรามิก (เช่น เรซินที่มีอลูมินา 60% ค่าการนำความร้อน 2.0 W/mK) สำหรับไฟหน้ารถยนต์และไฟเพดาน LED ในครัวเรือน
ค. พลังงานสูง (>20 วัตต์): อีพอกซีเรซินที่ดัดแปลงด้วยซิลิโคน (ทนต่อแรงกระแทกจากความร้อนได้ดี) หรือโพลีอิไมด์เรซิน (ทนต่ออุณหภูมิสูง) สำหรับโมดูลชาร์จ EV และตัวควบคุมกำลังทางอุตสาหกรรม
d. สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง (> 180 ℃): เรซินโพลีอิไมด์ (ทนต่ออุณหภูมิ 300 ℃) สำหรับอุปกรณ์ทางทหารและการบินและอวกาศ
2.การควบคุมกระบวนการบ่มแบบดิจิทัลใช้เตาอบบ่มพร้อมระบบควบคุม PLC และตั้งค่าล่วงหน้า "เส้นโค้งการบ่มแบบกำหนดเอง" ตัวอย่างเช่น เส้นโค้งสำหรับอีพอกซีเรซินที่เติมเซรามิกคือ:
a. ขั้นตอนการทำความร้อน: 2 ℃ / นาที จากอุณหภูมิห้องถึง 170 ℃ (65 นาที);
b. ระดับอุณหภูมิคงที่: 170 ℃เป็นเวลา 25 นาที (เพื่อให้แน่ใจว่าการบ่มเรซินสมบูรณ์);
ค. ขั้นตอนการทำความเย็น: 3 ℃/นาที จาก 170 ℃ ถึง 80 ℃ (30 นาที) จากนั้นจึงทำให้เย็นลงตามธรรมชาติจนถึงอุณหภูมิห้อง
การควบคุมแบบดิจิทัลช่วยลดความแปรผันของความแข็งของเรซินภายในชุดเดียวกันเหลือ ±3% (ทดสอบด้วยเครื่องทดสอบความแข็ง Shore D) ดีกว่า ±10% ของเตาอบบ่มแบบดั้งเดิมมาก
3.การตรวจสอบประสิทธิภาพของเรซิน: การทดสอบความต้านทานความร้อน
หลังจากการบ่ม ให้สุ่มตัวอย่างและทำการทดสอบการนำความร้อนด้วยแฟลชเลเซอร์ (ตามมาตรฐาน ASTM E1461) เพื่อให้แน่ใจว่าค่าเบี่ยงเบนการนำความร้อน ≤±10% ทำการทดสอบความต้านทานความร้อนพร้อมกัน (ตามมาตรฐาน IPC-TM-650 2.6.2.1)—ตัวอย่างเช่น ความต้านทานความร้อนของ PCB พลังงาน EV จะต้องอยู่ที่ ≤0.8℃/W; มิฉะนั้น ให้ปรับอัตราส่วนเรซินหรือพารามิเตอร์การบ่ม
กรณีการสมัคร
เดิมทีผู้ผลิต EV ใช้อีพอกซีเรซินธรรมดา (ค่าการนำความร้อน 0.6 W/mK) เพื่อสร้าง PCB โมดูลชาร์จ ส่งผลให้โมดูลมีอุณหภูมิ 140°C หลังจากเปลี่ยนมาใช้อีพอกซีเรซินที่เติมเซรามิก (การนำความร้อน 2.2 W/mK) และปรับกราฟการบ่มให้เหมาะสม อุณหภูมิของโมดูลลดลงเหลือ 115°C และประสิทธิภาพการชาร์จฟื้นตัวจาก 88% เป็น 95% ซึ่งเป็นไปตามข้อกำหนดการชาร์จที่รวดเร็ว
โซลูชันที่ 3: การเพิ่มประสิทธิภาพการยึดเกาะของหน้ากากประสาน—แก้ไขปัญหาการหลุดลอกและรูเข็ม
แนวคิดหลัก: การรักษาพื้นผิวที่แม่นยำ + การตรวจจับข้อบกพร่องแบบเต็มกระบวนการ
1.การรักษาพื้นผิวฐานอะลูมิเนียมสามขั้นตอนสำหรับสถานการณ์ที่มีความน่าเชื่อถือสูง (เช่น EVs การทหาร) ให้ใช้กระบวนการสามขั้นตอน "การทำความสะอาดพลาสมา → การชุบผิว → การปิดผนึก":
ก. การทำความสะอาดพลาสม่า: ขจัดฟิล์มออกไซด์และน้ำมัน (30 วินาที, อาร์กอน + ออกซิเจน);
ข. การชุบอโนไดซ์: อิเล็กโทรไลต์ในสารละลายกรดซัลฟิวริก (ความหนาแน่นกระแส 1.5A/dm², 20 นาที) เพื่อสร้างฟิล์มออกไซด์หนา 10-15μm (โครงสร้างที่มีรูพรุนเพื่อเพิ่มการยึดเกาะ);
c. การปิดผนึก: การปิดผนึกเกลือนิกเกิล (80 ℃, 15 นาที) เพื่อป้องกันรูขุมขนในฟิล์มออกไซด์และป้องกันไม่ให้เรซินหน้ากากประสานซึมเข้าไปและสร้างรูเข็ม
หลังการบำบัด ความหยาบของพื้นผิวฐานอะลูมิเนียมจะสูงถึง Ra 1.0μm การยึดเกาะของหน้ากากประสานถึงเกรด 5B (ISO 2409) แล
ส่งข้อสอบของคุณตรงมาหาเรา
