Технологический процесс производства алюминиевых светодиодных печатных плат.

Большинство инженеров получают алюминиевую светодиодную печатную плату в готовом виде и никогда не видят, что с ней происходило между отправкой файла Gerber и доставкой. Этот промежуток времени имеет значение, поскольку решения, принятые в процессе производства — температура прессования диэлектрика, скорость сверления, химический состав паяльной маски, использование панели — отражаются на тепловых характеристиках платы, надежности изоляции и выходе годных изделий. В этой статье рассматривается производственная последовательность на заводе по производству алюминиевых светодиодных печатных плат и объясняется, где каждый этап вносит риски или увеличивает запас качества.

Чем отличается завод по производству алюминиевых светодиодных печатных плат от стандартного цеха по изготовлению печатных плат?

Навигация по статьям

1. Чем отличается завод по производству алюминиевых светодиодных печатных плат от стандартного цеха по изготовлению печатных плат?
2. Пошаговый процесс производства алюминиевых светодиодных печатных плат
3. Использование панелей и его влияние на себестоимость единицы продукции.
4. Стандарты автоматического оптического контроля и электрических испытаний для печатных плат с металлическим сердечником
5. Производственные мощности компании Highleap Electronics
6. Как решения, принимаемые на заводе, проявляются на вашей сборочной линии.
7. FAQ

Различия не носят чисто косметический характер. Три основных технологических параметра отличают производство металлопроката от стандартного производства FR-4:

Сверление : Алюминиевый сплав абразивен для твердосплавного инструмента. На заводах, где алюминий обрабатывается по той же программе сверления, что и FR-4, наблюдается ускоренный износ сверл, отверстия увеличенного размера и заусенцы на входной и выходной поверхностях. На специализированных линиях по производству алюминиевых светодиодных печатных плат используются инструменты из поликристаллического алмаза (PCD) или модифицированные твердосплавные инструменты с уменьшенной скоростью подачи.

Ламинирование : Диэлектрический слой между медной фольгой и алюминиевой основой представляет собой теплопроводящий полимерный композит, а не стандартный препрег. Для его отверждения требуется определенный профиль — температура, давление и время выдержки, соответствующие температуре стеклования диэлектрика (Tg) и текучести смолы. Несоответствие приводит к образованию пустот, неполному склеиванию или изменению толщины, что ухудшает как теплопроводность, так и напряжение пробоя.

Паяльное покрытие : Стандартная адгезия жидкого фоточувствительного паяльного покрытия (LPSM) к алюминию ненадежна без предварительной подготовки поверхности. Заводы, которые не проводят механическую или химическую обработку поверхности перед нанесением покрытия, производят платы, на которых паяльное покрытие отслаивается во время оплавления или термического старения. Изучите распространенные проблемы производства многослойных печатных плат (MCPCB), чтобы понять, как часто этот вид отказа встречается среди возвращенных в эксплуатацию изделий.

Пошаговый процесс производства алюминиевых светодиодных печатных плат

Этап 1 — Входной контроль материалов. Алюминиевая заготовка проверяется на соответствие марке сплава (обычно 1050 или 5052), допуску по толщине и состоянию поверхности. Диэлектрические ролики проверяются на соответствие спецификации закупки — марке теплопроводности, диэлектрической постоянной и напряжению пробоя для каждой партии.

Шаг 2 — Подготовка ламината с медным покрытием. Для однослойных плат алюминиевая основа поставляется предварительно приклеенной к диэлектрику и медной фольге в виде металлического сердечника печатной платы . Для нестандартных требований к теплопроводности или нестандартной толщины алюминия завод выполняет склейку слоев на собственном производстве с использованием ламинационного пресса.

Шаг 3 — Получение изображения и травление. Медный слой покрывается фоторезистом, экспонируется через фотошаблон, соответствующий рисунку схемы, и подвергается химическому травлению. Алюминиевая основа должна быть полностью защищена во время травления — любой контакт электролита с алюминием вызывает коррозию. На этом этапе критически важны маскирование панели и конструкция стойки.

Шаг 4 — Сверление сквозных отверстий для разъемов или крепежных элементов выполняется с помощью инструментов, предназначенных для работы с алюминием. Большинство однослойных алюминиевых светодиодных печатных плат не имеют отверстий для сигнальных выводов — только механические отверстия. Материалы для ввода и подложки панели выбираются таким образом, чтобы минимизировать образование алюминиевых заусенцев на выходе из отверстий.

Шаг 5 — V-образная насечка и фрезеровка. Панели насечиваются или фрезеруются по контурам отдельных досок. Угол и глубина V-образного насечка калибруются в зависимости от толщины алюминия. Недостаточная глубина насечки приводит к отрыву панелей; чрезмерная глубина ослабляет алюминиевую основу в месте насечки и увеличивает риск деформации.

Шаг 6 — Нанесение финишного покрытия. ENIG, LF-HASL или OSP наносятся только на медные контактные площадки, а не на алюминиевую основу. Маскирующий состав и конструкция крепления предотвращают контакт химических веществ финишного покрытия с алюминием. Изучите варианты финишного покрытия для алюминиевых светодиодных печатных плат и то, как каждый из них влияет на паяемость, срок хранения и совместимость при поверхностном монтаже.

Шаг 7 — Паяльное покрытие. После подготовки поверхности (механическая очистка или микротравление) наносится жидкое фоточувствительное паяльное покрытие, проводится экспонирование и проявление. Температура отверждения должна оставаться ниже максимальной рабочей температуры диэлектрика — обычно 150–160 °C — во избежание ухудшения диэлектрических свойств.

Шаг 8 — Электрическая проверка и высоковольтная проверка. Каждая плата проверяется на целостность цепи и изоляцию. При высоковольтной проверке между медной цепочкой и алюминиевым основанием подается напряжение 1500–3000 В переменного или постоянного тока для проверки целостности диэлектрика. Платы, не прошедшие высоковольтную проверку, утилизируются — в случае пробоя диэлектрика возможности ремонта нет.

Шаг 9 — Окончательная проверка и упаковка. Автоматический оптический контроль (АОК) проверяет покрытие паяльной маски и геометрию контактных площадок. Визуальный осмотр проверяет наличие дефектов поверхности, качество кромок и читаемость маркировки. Платы упаковываются в антистатические пакеты с осушителем, проложенные слоями пенопласта или пузырчатой ​​пленки, чтобы предотвратить повреждение соседних плат алюминиевой кромкой.

Использование панелей и его влияние на себестоимость единицы продукции.

Способ сборки вашей платы на заводе напрямую определяет эффективность использования материалов и себестоимость единицы продукции. Квадратный светодиодный модуль помещается в прямоугольную алюминиевую панель с минимальным количеством отходов; круглая светодиодная матрица может приводить к образованию 30–40% брака, если сборка не оптимизирована за счет поворота и размещения компонентов.

Компания Highleap Electronics проводит оптимизацию процесса панельной сборки для всех заказов, и стратегия панельной сборки печатных плат предоставляется клиентам в рамках документации по коммерческому предложению, что обеспечивает прозрачность компонента стоимости материалов.

Стандарты автоматического оптического контроля и электрических испытаний для печатных плат с металлическим сердечником

Автоматизированный оптический контроль алюминиевых светодиодных печатных плат включает в себя:

• Покрытие паяльной маской медных дорожек и областей вокруг контактных площадок.
• Соответствие геометрии контактной площадки данным Gerber.
• Регистрация шелкографии
• Качество краев платы и пазов

Рентгеновский контроль доступен, но редко требуется для однослойных алюминиевых светодиодных печатных плат, за исключением случаев сборки компонентов со скрытыми выводами (драйверы светодиодов QFN). Основным критерием качества для алюминиевых светодиодных печатных плат является высоковольтный тест, который не может быть заменен оптическим контролем.

Производственные мощности компании Highleap Electronics

Компания Highleap располагает специализированными производственными мощностями для изготовления многослойных печатных плат (MCPCB) наряду с линиями для печатных плат из FR-4 и гибких печатных плат . Ежемесячный объем производства алюминиевых светодиодных печатных плат превышает 50 000 панелей стандартных спецификаций. Для большинства спецификаций алюминиевых светодиодных печатных плат доступно ускоренное производство для новых продуктов и инженерных заказов со сроком выполнения 5–7 рабочих дней.

Как решения, принимаемые на заводе, проявляются на вашей сборочной линии.

Четыре производственных фактора, которые напрямую влияют на выход годной продукции при поверхностном монтаже алюминиевых светодиодных печатных плат:

1. Изменение толщины диэлектрикаПлаты с толщиной, превышающей ±10%, деформируются во время оплавления припоя, что приводит к обрыву контактных площадок.
2. Однородность поверхностиНеравномерность HASL приводит к образованию замыканий на небольших площадках светодиодов; ENIG из неконтролируемых погружных ванн демонстрирует коррозию никеля, которая препятствует смачиванию.
3. Регистрация паяльной маскиНеправильно зарегистрированная маска приводит к обнажению меди за пределами предполагаемой контактной площадки, вызывая короткое замыкание при пайке.
4. Сжигание в буровых скважинахНеудаленные алюминиевые заусенцы создают пути короткого замыкания при креплении плат к алюминиевым корпусам радиаторов с помощью токопроводящих крепежных элементов.

Обсуждение этих переменных с вашим заводом до начала производства, а не после первой сборки, является задачей анализа DFM (проектирование с учетом технологичности и качества), специфичного для проектирования многослойных печатных плат.

FAQ

Какие алюминиевые сплавы используются в алюминиевых основаниях светодиодных печатных плат? Наиболее распространены сплавы 1050 (чистота 99.5%) и 5052 (сплав Al-Mg). Сплав 1050 обладает немного лучшей теплопроводностью (~220 Вт/м·К). Сплав 5052 имеет более высокую прочность на растяжение и лучшую коррозионную стойкость, что делает его предпочтительным для наружного освещения. Сплав 6061 используется в конструкциях, сочетающих структурный радиатор и печатную плату.

Почему для алюминиевых светодиодных печатных плат требуется высоковольтное тестирование? В большинстве светодиодных светильников алюминиевое основание является источником напряжения, определяющим потенциал корпуса. Пробой диэлектрика между медной цепочкой и алюминиевым основанием вызывает короткое замыкание на корпус — это опасно для безопасности и приводит к немедленному выходу изделия из строя. Высоковольтное тестирование при напряжении 1500–3000 В подтверждает, что диэлектрический слой обеспечивает надежную изоляцию при рабочем напряжении с запасом.

Каков типичный срок выполнения заказа на производство алюминиевых светодиодных печатных плат? Стандартные спецификации (1 слой, алюминий 1.0–1.6 мм, покрытие ENIG или HASL): 7–10 рабочих дней для серийного производства. Ускоренное внедрение новых продуктов: 5–7 рабочих дней. Для нестандартных марок диэлектрика или нестандартной толщины алюминия срок поставки материала может увеличиться на 3–5 рабочих дней.

Можно ли собирать алюминиевые светодиодные печатные платы на той же линии поверхностного монтажа, что и платы из FR-4? Да, с некоторыми корректировками. Алюминиевая основа имеет большую тепловую инерцию, чем FR-4, поэтому скорость конвейера печи оплавления и настройки температуры зоны необходимо перекалибровать для достижения эквивалентной пиковой температуры контактной площадки. Заводы, имеющие опыт сборки алюминиевых печатных плат, используют отдельные тепловые профили для плат с металлическим сердечником.