Odată cu dezvoltarea rapidă a comunicațiilor 5G, inteligenţă artificială, și tehnologii de calcul de mare viteză, cererea de performanță termică superioară în PCB -uri (Plăci de circuite tipărite) pentru echipamentele electronice devine din ce în ce mai strictă. Potrivit lui Prismark, se estimează că dimensiunea pieței globale pentru PCB-uri cu cerințe ridicate de disipare termică va atinge $4.78 miliarde in 2023, cu un CAGR care depășește 9.2%. În special în domeniul frecvenței înalte și PCB-uri de mare viteză, supraîncălzirea localizată a devenit un factor critic care afectează fiabilitatea dispozitivului.
Limitările tehnice ale proceselor tradiționale de blocuri de cupru încorporate
Procesul curent al industriei principale pentru încorporarea blocurilor de cupru implică pre-ferestrele plăcii de bază și preimpregnarea. (PP) înainte de laminare, plasarea blocului de cupru în timpul procesului de laminare, și bazându-se pe fluxul rășinii PP pentru a finaliza încorporarea și fixarea. În timp ce această metodă este utilizată pe scară largă, are două limitări semnificative:
În primul rând, PP utilizat la laminare trebuie să aibă un conținut suficient de rășină. Conform standardului IPC-4101E, PP cu conținut ridicat de rășină trebuie să aibă un conținut de rășină de 68% ± 5%. Dacă volumul de rășină este insuficient, golirea are loc în jurul zonei de umplere a blocului de cupru, formând goluri vizibile.
În al doilea rând, fluxul PP trebuie controlat cu precizie. Conform IPC-TM-650 2.3.17 metoda de testare, vâscozitatea dinamică a PP trebuie controlată în intervalul de 800-1,500 Pa · s (la 180°C). Dacă debitul este prea mare, rășina excesivă poate curge în zonele gol, provocând foamete de rășină în regiunile circuitului din apropiere, conducând la o laminare slabă și la fisuri interne în interiorul plăcii (Figura 2).
Aceste limitări fac metodele tradiționale nepotrivite HDI produse fabricate utilizând laminare acumulată secvenţial. Pentru a aborda această provocare a industriei, a apărut metoda de umplere cu rășină în vid.
Principiul procesului și avantajele tehnice ale umplerii cu rășină în vid
Metoda de umplere cu rășină în vid adoptă o abordare tehnică complet diferită: primul, rutarea de precizie se realizează pe placa laminată pentru a crea cavități; blocurile de cupru sunt apoi plasate și fixate; urmată de umplerea cu rășină în condiții de vid; după întărirea cu rășină, pasul final este măcinarea. Fluxul complet de procesare este: Panelizare → Laminare → Rutare → Plasare bloc de cupru → Umplere cu rășină → Măcinare → Procese ulterioare.
Această metodă oferă avantaje semnificative față de procesul tradițional:
-
Aplicabil structurilor complexe precum Panouri HDI
-
Rezultate de umplere mai uniforme și mai fiabile
-
Capacitate de reprelucrare și reparare
-
Aproximativ 30% îmbunătățirea eficienței producției
-
Reducerea costurilor de aproximativ 15-20%
Proiectarea și validarea parametrilor cheie pentru procesul de umplere în vid
Design de optimizare a formei și dimensiunii cavității
Conform cerințelor stricte ale unui client important, dimensiunea umplerii cu rășină în jurul blocului de cupru trebuie să fie mai mică de 0,254 mm. Luând în considerare precizia mașinii de rutare internă de ±0,075 mm, proiectarea dimensiunii cavității trebuie să satisfacă: 2o + b ≤ 0,179 mm (sau 2a + b ≤ 0,204 mm). în consecinţă, au fost concepute patru scheme de dimensiuni ale cavităților:
① a=0,05 mm, b=0,050 mm
② a=0,05 mm, b=0,075 mm
③ a=0,05 mm, b=0,100 mm
④ a=0,075 mm, b=0,050 mm
De asemenea, au fost testate trei modele de formă de cavitate:
-
Forma A: Dreptunghi standard
-
Forma B: Dreptunghi cu o proeminență adăugată la mijlocul fiecărei laturi
-
Forma C: Dreptunghi cu o proeminență adăugată la 1 mm din fiecare colț pe toate cele patru laturi
Folosind plăci de testare cu o grosime de 1,00 mm și blocuri de cupru cu o grosime de 0,98 mm, fixat cu bandă rezistentă la temperaturi ridicate, o umplere de probă fără rășină a fost efectuată pe o mașină de umplere în vid. Rezultatele au arătat că Forma C (dreptunghi cu proeminențe de colț) a oferit cea mai bună performanță anti-rotație și anti-mișcare, și a fost selectat pentru validarea ulterioară.
Selecția materialului filmului de fixare a blocurilor de cupru
Având în vedere ușurința de fixare și îndepărtare a blocurilor de cupru, precum și stabilitatea termică în timpul coacerii, filmul de fixare trebuie să îndeplinească cerințele de rezistență la temperatură înaltă și aderență adecvată. Au fost comparate două materiale: Film PE și bandă rezistentă la temperaturi înalte.
-
PE Film: Rezistență la căldură insuficientă (max 150°C), predispus la deformare în timpul coacerii.
-
Bandă rezistentă la temperaturi înalte: Rezistă la temperaturi peste 200°C, are aderență moderată, și nu lasă reziduuri la îndepărtare.
Rezultatele experimentale au indicat în mod clar că banda rezistentă la temperaturi înalte este alegerea optimă pentru filmul de fixare cu bloc de cupru..
Optimizarea diferenței de înălțime dintre blocul de cupru și suprafața plăcii
Două scheme de diferențe de înălțime au fost concepute pentru validare:
-
Sistem 1: Bloc de cupru cu 20μm mai înalt decât suprafața plăcii
-
Sistem 2: Bloc de cupru cu 40μm mai înalt decât suprafața plăcii
Rezultatele experimentale au indicat că nu există probleme de nepotrivire cu nicio schemă. Cu toate acestea, din perspectiva procesului de măcinare ulterior, o diferență de înălțime de 20 μm este mai propice pentru controlul cantității de măcinare și reducerea timpului de proces.
Optimizarea parametrilor de umplere cu rășină
Pe baza dimensiunii și formei cavității proiectate anterior, și luând în considerare specificațiile utilizate în mod obișnuit ale rețelei de umplere internă, a fost folosită o plasă de 43T pentru umplerea cu vid. Au fost concepute scheme de umplere cu o trecere și două treceri. Efectul de umplere cu rășină în zona blocului de cupru a fost inspectat după umplere:
-
Umplere cu o singură trecere: Rata de umplere aprox. 85-90%, cu bule minore prezente.
-
Umplere în două treceri: Rata de umplere ajunge peste 98%, fără defecte evidente.
Clar, utilizarea unei plase de 43T pentru umplerea cu rășină în două treceri îndeplinește cerințele de volum de rășină pentru zona golului blocului de cupru, asigurând rezultate fiabile de umplere.
Studiu comparativ asupra metodelor de plasare a coacerii
După umplerea cu rășină, este necesară coacerea pentru întărire. Două metode de plasare a coacerii au fost disponibile în interior:
-
Plasare verticală: Pe suporturi de suport
-
Plasare orizontală: Pe tăvi de stivuire
Rezultatele experimentale au arătat în mod clar că amplasarea verticală pe suporturile de suport a fost neconformă. Motivul principal este că rășina umplută rămâne fluidă în timpul coacerii, și sub gravitație, curge în jos, provocând pierderea rășinii din goluri și rezultând formarea de goluri. Amplasarea orizontală pe tăvi de stivuire nu a prezentat anomalii și este metoda de coacere recomandată.
Validarea fiabilității produsului și rezultatele testelor
Pe baza concluziilor cercetării din punctele cheie de control de mai sus, un lot de produse PCB cu bloc de cupru încorporate a fost produs în probă, şi 10 eșantioanele au fost selectate aleatoriu pentru testarea completă a fiabilității. Elemente de testare incluse:
Test de lipire prin reflow
Conform standardului IPC-6012E, 6 cicluri de lipire prin reflow fără plumb (temperatura de varf 260°C) au fost conduse. Toate probele au trecut fără delaminare, vezicule, sau crăpare.
Test de efort termic
Urmând IPC-TM-650 2.6.8 metodă, S-a efectuat testul de lipire flotant la 288°C ± 5°C pentru 20 secunde. Toate probele nu au prezentat anomalii.
Test de ciclism termic
Conform standardului IPC-9701A, 1000 au fost efectuate cicluri de la -55°C la 125°C. Toate probele au menținut performanța electrică normală și integritatea structurală.
Masă: Rezumatul rezultatelor testelor de fiabilitate
| Element de testare | Condiție de testare | Rata de promovare | Baza standard |
|---|---|---|---|
| Lipirea prin reflow | 260°C × 6 cicluri | 100% | IPC-6012E |
| Stresul termic | 288°C × 20s | 100% | IPC-TM-650 2.6.8 |
| Ciclism termic | -55°C~125°C × 1000 cicluri | 100% | IPC-9701A |
Perspectivele de aplicare și valoarea comercială a metodei de umplere în vid
Metoda de umplere cu rășină în vid pentru încorporarea blocurilor de cupru nu numai că depășește limitările metodelor tradiționale, dar aduce și o valoare comercială semnificativă industriei PCB:
Traducerea avantajelor tehnice în valoare comercială
-
Randament îmbunătățit: Reduce deșeurile cauzate de goluri și fisuri, crescând randamentul cu aproximativ 12-15%.
-
Reducerea costurilor: Simplifica fluxul procesului, reducerea costurilor de producţie prin 15-20%.
-
Aplicații extinse: Permite utilizarea tehnologiei încorporate de disipare a căldurii cu bloc de cupru în produse HDI, deschiderea de noi spații de piață.
Domenii largi de aplicare
Această tehnologie este deosebit de potrivită pentru:
-
5G PCB-uri pentru amplificatoare de putere pentru stația de bază
-
Plăci de bază pentru servere de mare viteză
-
Unități de control electronice auto (ACOPERI)
-
Placi de iluminat LED de mare putere
-
Module de putere industriale
Concluzie și perspective
Acest articol validează sistematic fezabilitatea și fiabilitatea metodei de umplere cu rășină în vid în tehnologia PCB cu bloc de cupru încorporate prin experimente. Principalele concluzii sunt următoarele:
-
Forma cavității folosind un dreptunghi cu proeminențe de 1 mm din fiecare colț (Forma C) previne eficient mișcarea și rotația blocului de cupru.
-
Folosirea benzii rezistente la temperaturi înalte ca folie de fixare a blocului de cupru asigură eficacitatea fixării și facilitează îndepărtarea ulterioară.
-
Sunt posibile diferențele de înălțime de 20 μm și 40 μm între blocul de cupru și valoarea de proiectare a grosimii plăcii, dar schema de 20μm este recomandată din perspectiva controlului procesului.
-
Utilizarea unei plase 43T pentru umplerea cu rășină în două treceri asigură o umplere suficientă și consistentă.
-
Amplasarea orizontală pe tăvile de stivuire în timpul coacerii previne defectele de umplere cauzate de curgerea rășinii.
În comparație cu metoda tradițională de laminare pentru încorporarea blocurilor de cupru, metoda de umplere cu rășină în vid oferă avantaje semnificative, inclusiv eficiență mai mare, cost mai mic, relucrabilitate mai mare, și adecvarea pentru plăcile HDI. Pe măsură ce cerințele pentru disiparea termică în echipamentele electronice continuă să crească, această nouă tehnologie este gata să devină o alegere crucială a procesului pentru fabricarea PCB-urilor cu disipare termică ridicată.
Pentru inginerii proiectanți și specialiști în achiziții care caută soluții PCB cu disipare termică ridicată, se recomandă să se angajeze în discuții detaliate cu profesioniști Furnizori de PCB. [Faceți clic pe acest link pentru a descărca raportul detaliat al companiei noastre privind producția de produse pentru soluții optime și suport tehnic adaptat aplicațiilor specifice.]
Furnizorii de servicii de producție de PCB de calitate pot oferi servicii complete, de la consultanță de proiectare până la producție în volum PCB, asigurând o performanță termică excelentă a produsului și scurtând timpul de lansare pe piață.
