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2-लेयर एल्यूमिनियम बेस पीसीबी निर्माण में तकनीकी चुनौतियाँ: विश्वसनीय उत्पादन के लिए समाधान

2025-09-01

के बारे में नवीनतम कंपनी समाचार 2-लेयर एल्यूमिनियम बेस पीसीबी निर्माण में तकनीकी चुनौतियाँ: विश्वसनीय उत्पादन के लिए समाधान

2-layer aluminum base PCBs (MCPCBs) are the backbone of high-power electronics—from LED lighting to EV charging modules—thanks to their superior thermal conductivity (1–5 W/m·K) compared to traditional FR4 PCBs (0.3 W/m·K) हालांकि, उनकी अनूठी संरचना ′′एक एल्यूमीनियम कोर एक डाइलेक्ट्रिक परत और तांबे के निशान के साथ बंधा हुआ है ′′तकनीकी बाधाओं को पेश करता है जो मानक पीसीबी विनिर्माण में मौजूद नहीं हैं।राल के दोष, और सोल्डर मास्क की विफलता केवल कुछ समस्याएं हैं जो उत्पादन को पटरी से उतार सकती हैं, उपज को कम कर सकती हैं, और अंतिम उत्पाद की विश्वसनीयता से समझौता कर सकती हैं।


निर्माताओं और इंजीनियरों के लिए, इन चुनौतियों को समझना सुसंगत, उच्च प्रदर्शन वाले 2-परत एल्यूमीनियम आधार पीसीबी प्रदान करने के लिए महत्वपूर्ण है।यह गाइड 2-स्तर एल्यूमीनियम आधार पीसीबी प्रसंस्करण में सबसे आम तकनीकी कठिनाइयों को तोड़ता है, उन्हें मानक FR4 विनिर्माण की तुलना करता है, और डेटा और उद्योग के सर्वोत्तम प्रथाओं द्वारा समर्थित कार्रवाई योग्य समाधान प्रदान करता है।ये अंतर्दृष्टि आपको उत्पादन की बाधाओं को दूर करने और थर्मल तनाव और कठोर वातावरण के लिए खड़े होने वाले पीसीबी बनाने में मदद करेगी.


महत्वपूर्ण बातें
1बंधन विफलताः एल्यूमीनियम कोर और डायलेक्ट्रिक परत के बीच विघटन 35% एल्यूमीनियम बेस पीसीबी दोषों को सटीक लेमिनेशन नियंत्रण द्वारा हल करता है (180~200 °C,300~400 पीएसआई) और उच्च आसंजन राल.
2राल दोषः डायलेक्ट्रिक परत में बुलबुले और दरारें 40% तक थर्मल चालकता को कम करती हैं, उच्च-Tg राल (Tg ≥180°C) और वैक्यूम डीगैसिंग का उपयोग करके रोका जाता है।
3.सोल्डर मास्क समस्याएंः एल्यूमीनियम की चिकनी सतह 25% अधिक सोल्डर मास्क छीलने की दर का कारण बनती है (Ra 1.5 ¢ 2.0μm) और यूवी-क्युरेबल सोल्डर मास्क के साथ।
4थर्मल साइक्लिंग विश्वसनीयताः-40°C से 125°C के चक्रों में FR4 की तुलना में 2 गुना अधिक बार 2 परतों के एल्यूमीनियम आधार पीसीबी विफल होते हैं.
5लागत दक्षताः उचित प्रक्रिया नियंत्रण दोष दरों को 20% से घटाकर 5% कर देता है, जिससे उच्च मात्रा में उत्पादन में प्रति पीसीबी 0.80$ से 2.50$ तक पुनः कार्य लागत कम हो जाती है।


एक दो परत एल्यूमीनियम आधार पीसीबी क्या है?
एक 2-परत एल्यूमीनियम आधार पीसीबी में तीन मुख्य घटक होते हैं, जो एक कपर-डायलेक्ट्रिक-एल्यूमीनियम-कपर संरचना में ढेर होते हैंः

1एल्यूमीनियम कोरः यांत्रिक कठोरता प्रदान करता है और गर्मी फैलाव के रूप में कार्य करता है (आमतौर पर 0.5 ~ 3 मिमी मोटी, 6061 या 5052 एल्यूमीनियम मिश्र धातु) ।
2डायलेक्ट्रिक परत: एक इन्सुलेट सामग्री (जैसे, एपॉक्सी राल, पॉलीमाइड) जो एल्यूमीनियम कोर को तांबे के निशानों से जोड़ती है जो विद्युत इन्सुलेशन और थर्मल ट्रांसफर के लिए महत्वपूर्ण है।
3तांबे के निशान: डाईलेक्ट्रिक/एल्यूमीनियम स्टैक के दोनों ओर 1 ¢ 3 औंस तांबे की पन्नी विद्युत संकेत और शक्ति ले जाती है।


मानक एफआर4 पीसीबी के विपरीत (जो फाइबरग्लास को कोर के रूप में उपयोग करते हैं), एल्यूमीनियम बेस की थर्मल चालकता 2-परत एमसीपीसीबी को उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों (10W+) के लिए आदर्श बनाती है।यह संरचना विनिर्माण के लिए अद्वितीय चुनौतियां भी पैदा करती है।, क्योंकि एल्यूमीनियम के गुण (उच्च थर्मल विस्तार, चिकनी सतह) पारंपरिक पीसीबी प्रसंस्करण विधियों के साथ टकराव करते हैं।


2-स्तर एल्यूमीनियम बेस पीसीबी बनाम मानक एफआर 4 पीसीबीः विनिर्माण तुलना

दो परत वाले एल्यूमीनियम आधारित पीसीबी की तकनीकी कठिनाइयों को संदर्भित करने के लिए, उन्हें मानक एफआर 4 पीसीबी के साथ तुलना करना महत्वपूर्ण है, जो सबसे आम पीसीबी प्रकार है।नीचे दी गई तालिका में सामग्री में मुख्य अंतरों पर प्रकाश डाला गया है, प्रक्रियाएं और चुनौतियांः

पहलू 2-स्तर एल्यूमीनियम बेस पीसीबी मानक 2-स्तर FR4 पीसीबी एल्यूमीनियम पीसीबी के लिए प्रमुख विनिर्माण चुनौती
मूल सामग्री एल्यूमीनियम मिश्र धातु (6061/5052) FR4 (ग्लास फाइबर + इपोक्सी) एल्यूमीनियम के उच्च सीटीई (23 पीपीएम/°C बनाम एफआर4 13 पीपीएम/°C) थर्मल तनाव का कारण बनता है
डायलेक्ट्रिक परत इपॉक्सी/पोलीमाइड (0.1~0.3 मिमी मोटाई) FR4 प्रीप्रिग (0.1~0.2 मिमी मोटाई) डायलेक्ट्रिक को चिकनी एल्यूमीनियम से जोड़ना चाहिए (कम आसंजन जोखिम)
ऊष्मा चालकता 1 ¢ 5 W/m·K 0.3 W/m·K राल दोष (बुलबुले) 40% तक गर्मी हस्तांतरण को कम करते हैं
सतह की तैयारी ग्रिट ब्लास्टिंग (Ra 1.5-2.0μm) रासायनिक सफाई (Ra 0.5 ∼ 1.0μm) एल्यूमीनियम की चिकनी सतह को सोल्डर मास्क आसंजन के लिए आक्रामक तैयारी की आवश्यकता होती है
टुकड़े टुकड़े करने की प्रक्रिया वैक्यूम प्रेसिंग (180~200°C, 300~400 psi) मानक प्रेसिंग (150°C से 170°C, 250°C से 300 psi) एल्यूमीनियम के थर्मल द्रव्यमान के लिए लंबे हीटिंग/कूलिंग चक्र की आवश्यकता होती है
दोष दर १५-२०% (अपरिष्कृत प्रक्रियाएं) ५% ८% एल्यूमीनियम के विशिष्ट मुद्दे (डेलामिनेशन, राल क्रैकिंग) दोषों को बढ़ाते हैं


उदाहरण: एलईडी ड्राइवरों के लिए 10,000 2-स्तर एल्यूमीनियम आधार पीसीबी का उत्पादन करने वाले एक निर्माता ने 18% दोष दर देखी, जबकि समान जटिलता के FR4 पीसीबी के लिए 7%।

मुख्य समस्याएं: विघटन (6%) और सोल्डर मास्क छीलने (5%) ।


2-स्तर एल्यूमीनियम आधार पीसीबी प्रसंस्करण में शीर्ष तकनीकी कठिनाइयां
2-परत एल्यूमीनियम आधार पीसीबी विनिर्माण में 5+ महत्वपूर्ण चरण शामिल हैं, जिनमें से प्रत्येक में अद्वितीय चुनौतियां हैं। नीचे सबसे आम मुद्दे और उनके मूल कारण हैंः

1. डाईलेक्ट्रिक-एल्यूमीनियम बंधन विफलता (डेलामिनेशन)
एल्यूमीनियम कोर और डायलेक्ट्रिक परत के बीच विच्छेदन 2 परत एल्यूमीनियम आधार पीसीबी प्रसंस्करण में # 1 तकनीकी कठिनाई है।यह तब होता है जब डाईलेक्ट्रिक एल्यूमीनियम सतह से चिपकने में विफल रहता है, हवा के अंतराल पैदा करते हैं जो थर्मल चालकता और विद्युत इन्सुलेशन को कम करते हैं।

मूल कारण:
a.अपर्याप्त सतह तैयारीः एल्यूमीनियम की प्राकृतिक ऑक्साइड परत (10~20nm मोटी) आसंजन के लिए एक बाधा के रूप में कार्य करती है। उचित सफाई या कठोरता के बिना, डाइलेक्ट्रिक सुरक्षित रूप से बंध नहीं सकता है।
लमिनेशन पैरामीटर असंगतताः बहुत कम तापमान (≤170°C) राल को मजबूत करने से रोकता है; बहुत अधिक दबाव (>450 psi) अतिरिक्त राल को निचोड़ता है, जिससे पतले धब्बे बनते हैं।
c. राल में नमीः डायलेक्ट्रिक राल में पानी का वाष्प लमिनेशन के दौरान वाष्पित हो जाता है, जिससे बुलबुले बनते हैं जो बंधन को कमजोर करते हैं।


प्रभाव:
a.थर्मल चालकता 50% तक गिर जाती है (उदाहरण के लिए, 3 W/m·K से 1.5 W/m·K तक), जिससे घटक अति ताप हो जाता है।
b.उच्च वोल्टेज (≥250V) पर विद्युत इन्सुलेशन विफल हो जाता है, जिससे शॉर्ट सर्किट हो जाता है।
सी. थर्मल साइक्लिंग (-40°C से 125°C) में डीलैमिनेटेड पीसीबी में 70% अधिक विफलता दर होती है।


डेटाः

सतह तैयार करने की विधि बंधन शक्ति (एन/मिमी) विघटन दर
कोई तैयारी नहीं (ऑक्साइड परत) 0.5 ¢1.0 25%
रासायनिक सफाई 1.52।0 १२%
ग्रिट ब्लास्टिंग (Ra 1.5μm) 2.5.3।0 3%


2विद्युतरोधक राल दोष (बुलबुले, क्रैकिंग)
डायलेक्ट्रिक परत ′′गोंद ′′ दो परत वाले एल्यूमीनियम आधारित पीसीबी है ′′लेकिन यह दो महत्वपूर्ण दोषों के लिए प्रवण हैः बुलबुला (लैमिनेशन के दौरान) और क्रैकिंग (थर्मल साइकिल के दौरान) ।

बुलबुले के मूल कारण:
राल में नमीः नम परिस्थितियों (> 60% आरएच) में संग्रहीत राल पानी को अवशोषित करती है, जो लमिनेशन के दौरान वाष्पित हो जाती है (180°C+), जिससे बुलबुले बनते हैं।
b.अपर्याप्त वैक्यूम डीगैसिंगः रेजिन में फंसी हवा को लेमिनेशन से पहले नहीं हटाया जाता है, जिससे खोखलेपन बनते हैं।
c.राल चिपचिपाहट के मुद्देः कम चिपचिपाहट वाले राल बहुत अधिक बहते हैं, पतले क्षेत्र छोड़ते हैं; उच्च चिपचिपाहट वाले राल अंतराल नहीं भरते हैं, जिससे हवा की जेबें बनती हैं।


क्रैकिंग के मूल कारण:
a.Low-Tg Resin: Tg <150°C वाले राल उच्च तापमान (≥125°C) पर नरम हो जाते हैं, जिससे ठंडा होने पर दरार होती है।
b.CTE असंगतताः एल्यूमीनियम का CTE (23 ppm/°C) मानक एपॉक्सी राल (12 ppm/°C) से लगभग दोगुना है। थर्मल साइकिलिंग के कारण परतें अलग-अलग दरों पर विस्तार/संकुचन करती हैं, राल को तनाव देती हैं।


प्रभाव:
a.बुलबुले 40% तक थर्मल चालकता को कम करते हैं, जिससे एलईडी ड्राइवर अधिक गर्म हो जाते हैं और समय से पहले विफल हो जाते हैं।
b. दरारें विद्युत इन्सुलेशन को खतरे में डालती हैं, जिससे औद्योगिक अनुप्रयोगों में क्षेत्र विफलता दर 20% अधिक होती है।


डेटाः

राल का प्रकार Tg (°C) बुलबुला दर क्रैक दर (1,000 थर्मल चक्र)
मानक इपोक्सी (कम टीजी) 130 18% 22%
उच्च-टीजी एपॉक्सी 180 8% 8%
इपॉक्सी-पोलीमाइड मिश्रण 200 5% 3%


3. सोल्डर मास्क चिपकने और कवरेज के मुद्दे
सोल्डर मास्क तांबे के निशानों को जंग और सोल्डर ब्रिज से बचाता है, लेकिन एल्यूमीनियम की चिकनी, गैर छिद्रित सतह सोल्डर मास्क को चिपकाना मुश्किल बनाती है। इससे दो सामान्य दोष होते हैंःछीलने और पिनहोल्स.


छीलने के मूल कारण:
a. अपर्याप्त सतह रफनेसः एल्यूमीनियम की प्राकृतिक रा (0.1 ∼0.5 μm) लोडर मास्क को पकड़ने के लिए बहुत चिकनी है। ग्रिट ब्लास्टिंग के बिना, आसंजन शक्ति 60% तक गिर जाती है।
b. दूषित सतहः एल्यूमीनियम पर तेल, धूल या अवशिष्ट ऑक्साइड से सोल्डर मास्क के बंधने में बाधा आती है।
असंगत सोल्डर मास्कः मानक FR4 सोल्डर मास्क (फाइबरग्लास के लिए तैयार) एल्यूमीनियम से चिपके नहीं रहते हैं।


पिनहोल्स के मूल कारण:
a.कम लोडर मास्क मोटाईः बहुत पतला लोडर मास्क (≤15μm) कठोरता के दौरान पिनहोल विकसित करता है।
b.सोल्डर मास्क में फंसी हुई हवाः यूवी उपचार के दौरान तरल सोल्डर मास्क में हवा के बुलबुले फट जाते हैं, जिससे छोटे छेद होते हैं।


प्रभाव:
a. छीलने से तांबे के निशान जंग के संपर्क में आते हैं, जो आर्द्र वातावरण में क्षेत्र की विफलताओं को 25% तक बढ़ाता है।
b.पिनहोल्स के कारण निशानों के बीच सोल्डर ब्रिज होते हैं, जिससे उच्च घनत्व वाले डिजाइनों में शॉर्ट सर्किट होते हैं।


डेटाः

सोल्डर मास्क तैयार करने की विधि चिपकने की ताकत (एन/मिमी) छीलने की दर पिनहोल दर
कोई सतह उपचार नहीं 0.3 ¢ 0.5 30% १५%
केवल रासायनिक सफाई 0.8 ¢1.2 18% 10%
ग्रिट ब्लास्टिंग + सफाई 1.8 ¢2.2 4% 3%


4एल्यूमीनियम कोर मशीनिंग चुनौतियां
एल्यूमीनियम की कोमलता (6061 मिश्र धातुः 95 एचबी) इसे काटने, ड्रिलिंग और रूटिंग के दौरान विरूपण के लिए प्रवण बनाती है।

मूल कारण:
एक.अंधा उपकरणःअंधा ड्रिल बिट्स या राउटर ब्लेड एल्यूमीनियम को काटने के बजाय फाड़ते हैं, जो शॉर्ट सर्किट बनाने वाले बोर (0.1 ∼0.3 मिमी) बनाते हैं।
b. अत्यधिक काटने की गतिः 3,000 आरपीएम से अधिक की गति से गर्मी उत्पन्न होती है, डाइलेक्ट्रिक परत पिघल जाती है और एल्यूमीनियम को टूलींग से जोड़ती है।
c. अपर्याप्त स्थिरताः एल्यूमीनियम की लचीलापन मशीनिंग के दौरान कंपन का कारण बनती है, जिससे असमान किनारों और असंगत छेद होते हैं।


प्रभाव:
a.Burrs को मैन्युअल रूप से deburring की आवश्यकता होती है, जिससे श्रम लागत में $0.20$0.50 प्रति PCB जोड़ा जाता है।
b.गलत दिशा वाले छेद (±0.1 मिमी) वाया को तोड़ते हैं, जिससे 8~10% की उपज कम होती है।


डेटाः

मशीनिंग पैरामीटर बोर आकार (μm) छेद संरेखण सटीकता (μm) उपज दर
बोल्ड टूलिंग (500+ छेद) 200 ¢ 300 ± 150 ८२%
शार्प टूलिंग + 2,500 आरपीएम 50 ¢ 100 ±50 95%
शार्प टूलिंग + 2,000 आरपीएम + फिक्स्चर 20 ¢50 ±30 98%


5थर्मल साइक्लिंग विश्वसनीयता
2-परत एल्यूमीनियम आधारित पीसीबी को उच्च ताप अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किया गया है, लेकिन थर्मल साइकिल (-40°C से 125°C) अभी भी 30% क्षेत्र विफलताओं का कारण बनता है।और तांबा.

मूल कारण:
ए.सीटीई असंगतताः एल्यूमीनियम (23 पीपीएम/°C) तांबे (17 पीपीएम/°C) की तुलना में 2 गुना तेज़ और एपॉक्सी (8 पीपीएम/°C) की तुलना में 3 गुना तेज़ फैलता है। इससे परत इंटरफेस पर तनाव पैदा होता है।
b.Brittle Dielectric: कम लचीलापन वाले राल बार-बार विस्तार/संकुचन के तहत फट जाते हैं।
c.कमजोरी के माध्यम से कनेक्शनः दो तांबे की परतों को जोड़ने वाले माध्यम चक्र के दौरान डाईलेक्ट्रिक से दूर खींच सकते हैं।


प्रभाव:
एक EV चार्जिंग मॉड्यूल के लिए एक 2-स्तर एल्यूमीनियम आधार पीसीबी 500 थर्मल चक्रों के बाद विफल हो गया।
सीटीई से संबंधित खराबी के कारण निर्माता प्रतिवर्ष 100 हजार 500 हजार डॉलर की वारंटी के दावे करते हैं।


डेटाः

डिजाइन संशोधन थर्मल साइकिल उत्तरजीविता (चक्र) विफलता दर
कोई संशोधन नहीं 500 30%
लचीला डाईलेक्ट्रिक (CTE 15 ppm/°C) 1,000 १२%
लचीला डाईलेक्ट्रिक + तांबा लेपित एल्यूमीनियम 1,500 4%


2-स्तर एल्यूमीनियम आधार पीसीबी प्रसंस्करण चुनौतियों को दूर करने के लिए समाधान
उपरोक्त तकनीकी कठिनाइयों का समाधान करने के लिए सामग्री चयन, प्रक्रिया अनुकूलन और गुणवत्ता नियंत्रण के संयोजन की आवश्यकता होती है। नीचे उद्योग के आंकड़ों द्वारा समर्थित सिद्ध समाधान दिए गए हैंः
1डायलेक्ट्रिक-एल्यूमीनियम बंधन विफलता का निवारण
a.सतह की तैयारी: Ra 1.5 ‰ 2.0μm ≈ प्राप्त करने के लिए ग्रेट ब्लास्टिंग (एल्यूमीनियम ऑक्साइड मीडिया, 80 ‰ 120 ग्रेट) का उपयोग करें। यह ऑक्साइड परत को हटा देता है और राल आसंजन के लिए एक मोटी सतह बनाता है।अल्ट्रासोनिक सफाई (60°C) के साथ पालन करें, 10 मिनट) मलबे को हटाने के लिए।
b. लेमिनेशन अनुकूलनः
तापमानः 180~200°C (बर्न किए बिना राल को मजबूत करता है)
दबावः 300-400 पीएसआई (एल्यूमीनियम के साथ पूर्ण राल संपर्क सुनिश्चित करता है) ।
वैक्यूमः -95 kPa (वायु जेबों को हटा देता है) ।
c.रेजिन चयनः सिलान युग्मन एजेंटों (जैसे, A-187) के साथ एपॉक्सी रेजिन चुनें। ये रसायन रेजिन को एल्यूमीनियम ऑक्साइड से जोड़ते हैं, जिससे बंधन की ताकत 50% बढ़ जाती है।


परिणाम: एक निर्माता ने ग्रिट ब्लास्टिंग + सिलैन-कूपेड रेजिन का उपयोग करके 12% से 2% तक विघटन को कम किया।


2. राल बुलबुले और क्रैकिंग को रोकना
a. आर्द्रता नियंत्रणः राल को सूखे कमरे (RH < 30%) में रखें और उपयोग से पहले 80°C पर 2 घंटे के लिए पूर्व-सूखें। इससे 90% आर्द्रता दूर हो जाती है।
b. वैक्यूम डीगैसिंगः फंसे हुए हवा के बुलबुले की दर को 18% से 5% तक खत्म करने के लिए 30 मिनट के लिए -90 kPa पर डेगास राल।
c.High-Tg Flexible Resins: epoxy-polyimide मिश्रणों (Tg ≥180°C, CTE 1215 ppm/°C) का प्रयोग करें। ये थर्मल साइक्लिंग के दौरान दरार का विरोध करते हैं और लचीलापन बनाए रखते हैं।


परिणाम: एक एलईडी निर्माता ने उच्च टीजी इपॉक्सी-पॉलीमाइड राल पर स्विच किया, राल दोषों को 22% से घटाकर 4% कर दिया।


3. सोल्डर मास्क की आसंजन सुनिश्चित करना
a. आक्रामक सतह उपचारः प्लाज्मा सफाई (ऑक्सीजन प्लाज्मा, 5 मिनट) के साथ ग्रेट ब्लास्टिंग (Ra 1.5μm) को जोड़ें।80% तक मिलाप मुखौटा आसंजन को बढ़ाना.
एल्यूमीनियम-विशिष्ट मिलाप मुखौटाः एल्यूमीनियम (जैसे, डुपोंट पीएम-3300 एएल) के लिए तैयार यूवी-क्युरेबल मिलाप मुखौटे का उपयोग करें। इनमें आसंजन प्रमोटर होते हैं जो एल्यूमीनियम ऑक्साइड से बंधते हैं।
c. इष्टतम मोटाईः पूर्ण क्रॉस-लिंकिंग के लिए यूवी लाइट (365nm, 500 mJ/cm2) के साथ पिनहोल को इलाज करने से बचने के लिए 2535μm (2 3 परतें) पर सॉल्डर मास्क लागू करें।


परिणाम: एल्यूमीनियम विशेष मिलाप मास्क का उपयोग करने वाले एक दूरसंचार आपूर्तिकर्ता ने छीलने को 18% से घटाकर 3% कर दिया।


4. एल्यूमीनियम मशीनिंग का अनुकूलन
a.शार्प टूलिंगः कार्बाइड ड्रिल बिट्स (135° बिंदु कोण) का उपयोग करें और उन्हें 300 छेद के बाद बदलें। इससे बोर <50μm तक कम हो जाते हैं।
b.नियंत्रित गति/खाद्यः
ड्रिलिंगः 2,000 ₹2,500 आरपीएम, 0.1 मिमी/आरवी फ़ीड दर।
रूटिंगः 1,500 ₹2,000 आरपीएम, 0.2 मिमी/आरवी फ़ीड दर।
c. वैक्यूम फिक्स्चरिंगः मशीनिंग के दौरान वैक्यूम सक्शन के साथ एल्यूमीनियम कोर को सुरक्षित करना कंपन को समाप्त करता है और छेद संरेखण को ±30μm तक सुधारता है।


परिणाम: वैक्यूम फिक्स्चर का उपयोग करने वाले एक अनुबंध निर्माता ने 82% से बढ़कर 98% कर दिया।


5थर्मल साइक्लिंग की विश्वसनीयता में सुधार

a.सीटीई मिलानः शुद्ध एल्यूमीनियम के बजाय तांबे से लेपित एल्यूमीनियम (सीसीए) का प्रयोग करें ✓ सीसीए का सीटीई 18 पीपीएम/°C (कूपर के 17 पीपीएम/°C के करीब) शुद्ध एल्यूमीनियम के 23 पीपीएम/°C के मुकाबले है।इससे परतों के बीच ताप तनाव 40% तक कम होता है.
b.Flexible Dielectric Integration: dielectric stack में polyimide (CTE 15 ppm/°C) की एक पतली परत को शामिल करें, इसकी लचीलापन विस्तार/संकुचन बलों को अवशोषित करती है।क्रैक दरों को 22% से घटाकर 3% करना.
c.प्रबलित माध्यम डिजाइनः उच्च गर्मी घटकों (जैसे, एलईडी, वोल्टेज नियामकों) के चारों ओर थर्मल माध्यमों (0.3~0.5 मिमी व्यास, तांबे से भरे) का उपयोग करें।एक गर्मी पथ बनाने के लिए अंतरिक्ष के माध्यम से 2 ¢ 3 मिमी अलग है कि 60% द्वारा खींचने के माध्यम से कम कर देता है.


केस स्टडीः एक ईवी चार्जिंग मॉड्यूल निर्माता ने सीसीए कोर और लचीले डाईलेक्ट्रिक्स पर स्विच किया। थर्मल चक्र उत्तरजीविता 500 से 1,500 चक्रों तक कूद गई।और वारंटी दावे में 75% की गिरावट आई है ₹300,000 प्रतिवर्ष की बचत.


गुणवत्ता नियंत्रणः 2-स्तर एल्यूमीनियम आधार पीसीबी विश्वसनीयता के लिए परीक्षण
प्रक्रिया अनुकूलन के साथ भी, पीसीबी ग्राहकों तक पहुंचने से पहले दोषों को पकड़ने के लिए कठोर परीक्षण महत्वपूर्ण है।पास/फेल मानदंडों के साथ:​

परीक्षण प्रकार
उद्देश्य
परीक्षण विधि
पास मानदंड
बंधन शक्ति परीक्षण
एल्यूमीनियम और डाइलेक्ट्रिक के बीच आसंजन की जांच करें
एक बल गेज (10 मिमी/मिनट गति) के साथ खींच-परीक्षण
बंधन शक्ति ≥2.0 N/mm; कोई विघटन नहीं
थर्मल कंडक्टिविटी परीक्षण
गर्मी हस्तांतरण दक्षता को मापें
लेजर फ्लैश विश्लेषण (LFA)
थर्मल चालकता ≥ 1.5 W/m·K (डिजाइन स्पेसिफिकेशन से 20% से अधिक कम नहीं)
थर्मल साइकिल परीक्षण
तापमान में उतार-चढ़ाव के तहत विश्वसनीयता सत्यापित करें
-40°C से 125°C, 1000 चक्र (1 घंटा/चक्र)
कोई विघटन, दरार या विद्युत निरंतरता का नुकसान नहीं
सोल्डर मास्क के आसंजन परीक्षण
सोल्डर मास्क की स्थायित्व की जाँच करें
क्रॉस-हैच परीक्षण (ASTM D3359) + टेप खींच
क्रॉस-हैच ग्रिड में कोई छीलने नहीं; ≥95% आसंजन प्रतिधारण
विद्युत इन्सुलेशन परीक्षण
सुनिश्चित करें कि डाईलेक्ट्रिक शॉर्ट सर्किट को रोकता है
500V DC 1 मिनट के लिए (एल्यूमीनियम कोर और तांबे के बीच)
रिसाव वर्तमान ≤10μA; कोई टूटना नहीं


सर्वोत्तम अभ्यासः उच्च मात्रा में उत्पादन (10k+ यूनिट/हप्ता) के लिए, प्रत्येक बैच का 1% परीक्षण करें। महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों (जैसे, ऑटोमोटिव, चिकित्सा) के लिए, क्षेत्र की विफलताओं से बचने के लिए 5% तक नमूनाकरण बढ़ाएं।


वास्तविक-विश्व अनुप्रयोगः एलईडी लाइटिंग पीसीबी में चुनौतियों को दूर करना
एलईडी प्रकाश व्यवस्था दो परत वाले एल्यूमीनियम आधारित पीसीबी के लिए सबसे बड़ा बाजार है, जो वैश्विक एमसीपीसीबी मांग (एलईडी 2024 के भीतर) का 45% है।एक अग्रणी एलईडी निर्माता को अपने दो परत एल्यूमीनियम आधार पीसीबी के साथ तीन महत्वपूर्ण समस्याओं का सामना करना पड़ा: विघटन (15% दोष दर), राल बुलबुला (12%) और सोल्डर मास्क छीलने (8%) । यहां बताया गया है कि वे उन्हें कैसे हल करते हैंः


1विघटन समाधान
a. रासायनिक सफाई 80 ग्रिट एल्यूमीनियम ऑक्साइड ग्रिट ब्लास्टिंग (Ra 1.8μm) के बाद अल्ट्रासोनिक सफाई के साथ प्रतिस्थापित।
b.सिलान युग्मन एजेंटों (A-187) के साथ एपॉक्सी राल पर स्विच किया गया और अनुकूलित लेमिनेशनः 190°C, 350 psi, -95 kPa वैक्यूम।
c.परिणामः विघटन 2% तक गिर गया।


2राल बुलबुला समाधान
राल भंडारण के लिए एक शुष्क कक्ष (आरएच < 25%) लागू किया गया और टुकड़े टुकड़े करने से पहले एक वैक्यूम डीगैसिंग चरण (- 90 kPa, 30 मिनट) जोड़ा गया।
b. कम-Tg इपॉक्सी (Tg 130°C) से उच्च-Tg इपॉक्सी-पॉलीमाइड (Tg 190°C) पर स्विच किया गया।
c.परिणामः बुलबुले 3% तक गिर गए।


3. सोल्डर मास्क पीलिंग सॉल्यूशन
a.अल्मुनियम सतह को सक्रिय करने के लिए ग्रिट ब्लास्टिंग के बाद ऑक्सीजन प्लाज्मा सफाई (5 मिनट, 100W) का प्रयोग किया गया।
b.एक एल्यूमीनियम-विशिष्ट यूवी-क्युरेबल सोल्डर मास्क (डुपोंट पीएम-3300 एएल) को 30μm मोटाई पर लागू किया गया।
c.परिणाम: छीलने में 1% की कमी आई।


अंतिम परिणाम
कुल दोष दर 35% से घटकर 6% हो गई।
b.पुनर्निर्माण लागत में प्रति पीसीबी 1.20 प्रतिशत की कमी आई, जिससे प्रतिवर्ष 120 हजार (100 हजार यूनिट/वर्ष) की बचत हुई।
एलईडी ड्राइवर का जीवनकाल 30k से बढ़ाकर 50k घंटे कर दिया गया है, जो वाणिज्यिक प्रकाश व्यवस्था के लिए EN 62471 सुरक्षा मानकों को पूरा करता है।


लागत-लाभ विश्लेषणः प्रक्रिया अनुकूलन में निवेश
कई निर्माता अग्रिम लागतों के बारे में चिंतित होकर ग्रिट ब्लास्टिंग, उच्च-टीजी राल या विशेष परीक्षण में निवेश करने में संकोच करते हैं। हालांकि, दीर्घकालिक बचत प्रारंभिक खर्च से कहीं अधिक है।नीचे एक 100k यूनिट/वर्ष 2-स्तर एल्यूमीनियम आधार पीसीबी उत्पादन लाइन के लिए लागत-लाभ टूटना है:​

लागत श्रेणी
अनुकूलन से पहले (उच्च दोष)
अनुकूलन के बाद (कम दोष)
वार्षिक बचत
पुनर्निर्माण कार्य
(0.80/इकाई () कुल 80k)
(0.10/इकाई () कुल 10k)
$70,000
सामग्री स्क्रैप
(१.५०/इकाई (१५० हजार कुल)
(0.30/इकाई () कुल 30k)
$120k
गारंटी के दावे
(०/६० इकाई (६० हजार कुल)
(0.05/इकाइयां () कुल 5k)
$55k
प्रक्रिया अनुकूलन लागत
$0
(0.20/इकाई () कुल 20k)
- $ 20k
शुद्ध वार्षिक बचत

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