2025 2-Schicht-Aluminium-Basis-PCB: 3 Kerntechnologie-Herausforderungen + Lösungen (QC-Tabelle für den gesamten Prozess)

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Im Hochleistungselektronikbereich sind 2-Lagen-Leiterplatten auf Aluminiumbasis aufgrund ihrer hervorragenden Wärmeableitungsfähigkeiten zu „wesentlichen Komponenten“ für LED-Beleuchtung, EV-Leistungsmodule und industrielle Leistungssteuerungen geworden. Laut einem Bericht von Grand View Research erreichte der weltweite Markt für Leiterplatten auf Aluminiumbasis im Jahr 2023 ein Volumen von 1,8 Milliarden US-Dollar, wobei zweischichtige Leiterplatten auf Aluminiumbasis 35 % ausmachten und mit einer jährlichen Wachstumsrate von über 25 % wuchsen. Ihre Herstellungsausbeute war jedoch lange Zeit niedriger als die herkömmlicher FR4-Leiterplatten (durchschnittliche Ausbeute 75 % gegenüber 90 % für FR4), wobei die Kernengpässe in drei technischen Herausforderungen liegen: Kompatibilität zwischen der Aluminiumbasis und der dielektrischen Schicht, thermische Stabilität von Harzen und Haftung von Lötstoppmasken. Diese Probleme treiben nicht nur die Produktionskosten in die Höhe, sondern bergen auch das Risiko von Geräteausfällen aufgrund von Überhitzung und Kurzschlüssen – beispielsweise musste ein Autohersteller einmal einen Rückruf von Tausenden von Fahrzeugen hinnehmen, nachdem die Delaminierung einer zweischichtigen Aluminiumbasisplatine zu Fehlfunktionen des EV-Leistungsmoduls geführt hatte.

In diesem Artikel werden die wichtigsten technischen Schwachstellen bei der Herstellung von Leiterplatten auf 2-Lagen-Aluminiumbasis eingehend analysiert, umsetzbare Lösungen basierend auf Best Practices der Branche bereitgestellt und eine Tabelle mit Qualitätsprüfungsprozessen hinzugefügt, um Herstellern dabei zu helfen, ihre Erträge zu verbessern und Risiken zu reduzieren.

Wichtige Erkenntnisse
1. Bindungsqualitätskontrolle: Durch Vakuum-Heißpressen (Temperatur 170–180 °C, Druck 30–40 kg/cm²) in Kombination mit einer Plasma-Oberflächenbehandlung kann die Delaminationsrate zwischen der Aluminiumbasis und der dielektrischen Schicht auf unter 0,5 % reduziert werden, was weit über der Delaminationsrate des herkömmlichen Heißpressens (3,5–5,0 %) liegt.
2. Harzauswahlkriterien: Für Szenarien mittlerer bis hoher Leistung (z. B. Autoscheinwerfer-LEDs) priorisieren Sie mit Keramik gefüllte Epoxidharze (Wärmeleitfähigkeit 1,2–2,5 W/mK); Wählen Sie für Hochtemperaturszenarien (z. B. Industrieöfen) Polyimidharze (Temperaturbeständigkeit 250–300 °C), um Risse bei Temperaturwechseln zu vermeiden.
3. Vermeidung von Lötmaskenfehlern: Die Aluminiumgrundfläche muss einer „Entfettung → Beizen → Eloxierung“-Behandlung unterzogen werden. Die Haftung sollte bei Gitterschnitttests den Grad 5B (kein Ablösen) erreichen und der durch AOI erkannte Lochdurchmesser muss <0,1 mm betragen, was das Kurzschlussrisiko um 90 % reduzieren kann.
4. Qualitätsprüfung im gesamten Prozess: Zu den obligatorischen Prüfpunkten gehören die Ultraschall-Fehlererkennung (nach der Laminierung), die Laserblitz-Wärmeleitfähigkeitsprüfung (nach der Aushärtung des Harzes) und die Flying-Probe-Prüfung (für fertige Durchkontaktierungen). Die Einhaltung der IPC-Standards kann die Erträge auf über 88 % steigern.

3 zentrale technische Herausforderungen bei der Herstellung von 2-lagigen Leiterplatten auf Aluminiumbasis
Die strukturelle Einzigartigkeit von 2-Schicht-Leiterplatten auf Aluminiumbasis (Aluminiumsubstrat + dielektrische Schicht + doppelschichtige Kupferfolie) macht ihren Herstellungsprozess weitaus komplexer als den von FR4-Leiterplatten. Die inhärente „Kompatibilitätslücke“ zwischen den metallischen Eigenschaften von Aluminium und der nichtmetallischen Beschaffenheit dielektrischer Schichten und Lötmasken führt dazu, dass bereits geringfügige Prozessabweichungen zu schwerwiegenden Defekten führen können.

Herausforderung 1: Verbindungsfehler zwischen Aluminiumbasis und dielektrischer Schicht (Delamination, Blasen)
Die Verklebung ist die „erste kritische Hürde“ bei der Herstellung von zweischichtigen Leiterplatten auf Aluminiumbasis, und die Verbindungsstärke zwischen der Aluminiumbasis und der dielektrischen Schicht bestimmt direkt die langfristige Zuverlässigkeit der Leiterplatte. Allerdings führen die chemischen Eigenschaften von Aluminium und eine unsachgemäße Prozesskontrolle häufig zu Verbindungsfehlern.

Grundursachen: Materialunterschiede und Prozessabweichungen
1.Oxidfilm auf Aluminiumoberfläche behindert die Bindung: Aluminium bildet an der Luft schnell einen 2–5 nm dicken Al₂O₃-Oxidfilm. Dieser Film ist inert und kann nicht chemisch mit dem Harz der dielektrischen Schicht reagieren, was zu einer unzureichenden Bindungsfestigkeit führt. Wenn der Oxidfilm vor der Verarbeitung nicht vollständig entfernt wird, löst er sich bei Temperaturwechseln (z. B. -40℃~125℃) von der dielektrischen Schicht und führt zu einer Delaminierung.
2. WAK-Fehlanpassung erzeugt thermischen Stress: Der Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) von Aluminium beträgt 23 ppm/℃, während der von herkömmlichen dielektrischen Schichten (z. B. Epoxidharz) nur 15 ppm/℃ beträgt – ein Unterschied von 53 %. Wenn die Leiterplatte Temperaturschwankungen ausgesetzt ist, dehnen sich die Aluminiumbasis und die dielektrische Schicht unterschiedlich stark aus und ziehen sich zusammen, wodurch im Laufe der Zeit eine Reißspannung entsteht, die zu Rissen in der Verbindungsschicht führt.
3. Unkontrollierte Laminierungsparameter führen zu Fehlern: Beim herkömmlichen Heißpressen führen Temperaturschwankungen (über ±5 °C) oder ungleichmäßiger Druck zu einem ungleichmäßigen Fluss des Harzes der dielektrischen Schicht – unzureichender lokaler Druck hinterlässt Luftblasen, während übermäßige Temperaturen zu einer Überhärtung des Harzes führen (wodurch es spröde wird und die Bindungsfestigkeit verringert wird).

Auswirkungen: Vom Funktionsversagen bis zum Sicherheitsrisiko
1. Einbruch der Isolationsleistung: Lücken in der dielektrischen Schicht nach der Delaminierung führen zu einem elektrischen Durchschlag (insbesondere in Hochspannungsszenarien wie EV-Wechselrichtern), was zu Kurzschlüssen und einem Durchbrennen der Ausrüstung führt.
2. Fehler bei der Wärmeableitung: Die Kernfunktion der Aluminiumbasis ist die Wärmeleitung. Delamination führt zu einem starken Anstieg des Wärmewiderstands (von 0,5℃/W auf über 5℃/W) und Hochleistungskomponenten (z. B. 20-W-LEDs) brennen aufgrund schlechter Wärmeableitung durch, wodurch sich ihre Lebensdauer von 50.000 Stunden auf 10.000 Stunden verringert.
3. Massive Nacharbeitsverluste: Ein LED-Hersteller erlebte einmal eine Delaminationsrate von 4,8 % beim herkömmlichen Heißpressen, was zur Verschrottung von 5.000 2-lagigen Leiterplatten auf Aluminiumbasis und direkten Verlusten von über 30.000 US-Dollar führte.

Methoden zur Fehlererkennung
a.Ultraschall-Fehlererkennung: Mit einer 20-50-MHz-Hochfrequenzsonde können Delamination oder Blasen größer als 0,1 mm erkannt werden, gemäß IPC-A-600G-Standard 2.4.3.
b.Zugprüfung: Gemäß IPC-TM-650 Standard 2.4.9 muss die Haftfestigkeit ≥1,5 kg/cm betragen (Schälkraft zwischen Kupferfolie und Aluminiumbasis); Werte darunter gelten als unqualifiziert.
c. Thermoschocktest: Keine Delaminierung oder Rissbildung nach 100 Zyklen von -40℃~125℃ gilt als qualifiziert; andernfalls muss der Klebeprozess optimiert werden.

Leistungsvergleich verschiedener Klebeprozesse

Herausforderung 2: Defekte bei thermischen Zyklen, die durch unzureichende Harzleistung (Risse, Blasen) verursacht werden
Harz fungiert sowohl als „Wärmeleitungsbrücke“ als auch als „Strukturklebstoff“ in 2-lagigen Leiterplatten auf Aluminiumbasis. Wenn seine thermische Stabilität und Fließfähigkeit jedoch nicht zum Anwendungsszenario passen, kommt es zu fatalen Mängeln bei der Verarbeitung oder Nutzung.

Grundursachen: Falsche Harzauswahl und unsachgemäßer Aushärtungsprozess
1. Nichtübereinstimmung zwischen der Wärmeleitfähigkeit des Harzes und dem Szenario: Die Verwendung teurer Keramikharze für Szenarien mit geringem Stromverbrauch erhöht die Kosten, während die Verwendung gewöhnlicher Epoxidharze (Wärmeleitfähigkeit 0,3–0,8 W/mK) für Szenarios mit hohem Stromverbrauch (z. B. Lademodule für Elektrofahrzeuge) zu einer Wärmeansammlung führt. Das Harz bleibt lange Zeit in einem Hochtemperaturzustand (>150℃), was zu Karbonisierung und Rissbildung führt.

2. Unangemessenes Design der Aushärtungskurve: Die Aushärtung des Harzes erfordert drei Stufen: „Erhitzen → konstante Temperatur → Abkühlen“:
a.Eine übermäßig schnelle Aufheizrate (>5℃/min) verhindert, dass flüchtige Bestandteile im Harz rechtzeitig entweichen (Blasenbildung);
b. Eine unzureichende Dauer der konstanten Temperatur (<15 Min.) führt zu einer unvollständigen Aushärtung (geringe Harzhärte, anfällig für Verschleiß);
c. Eine zu hohe Abkühlgeschwindigkeit (>10℃/min) erzeugt innere Spannungen, die zu Rissen im Harz führen.

3. Schlechte Kompatibilität zwischen Harz und Aluminiumbasis: Einige Harze (z. B. gewöhnliche Phenolharze) haften schlecht auf der Aluminiumbasis und neigen nach dem Aushärten zur „Grenzflächentrennung“. In feuchten Umgebungen (z. B. bei Outdoor-LEDs) dringt Feuchtigkeit in die Schnittstelle ein und beschleunigt die Alterung des Harzes.

Auswirkungen: Leistungseinbußen und Verkürzung der Lebensdauer
a. Fehler bei der Wärmeleitung: Ein Hersteller von Elektrofahrzeugen verwendete einst gewöhnliches Epoxidharz (Wärmeleitfähigkeit 0,6 W/mK) zur Herstellung von Leistungsplatinen, was dazu führte, dass die Betriebstemperatur des Moduls 140 °C erreichte (und damit die Auslegungsgrenze von 120 °C überschritt) und die Ladeeffizienz von 95 % auf 88 % sank.
b. Kurzschlüsse durch Harzrisse: Gebrochenes Harz legt Kupferfolienschaltkreise frei. Bei Vorhandensein von Kondenswasser oder Staub kommt es zu Kurzschlüssen zwischen benachbarten Stromkreisen und damit zu Geräteausfällen (z. B. plötzliches Abschalten von Industriesteuerungen).
d. Schwankungen in der Chargenqualität: Unkontrollierte Aushärtungsparameter verursachen einen Unterschied von 15 % in der Harzhärte (getestet mit einem Shore-Härteprüfer) innerhalb derselben Charge. Einige Leiterplatten brechen während der Installation aufgrund von zu weichem Harz.

Leistungsvergleich verschiedener Harze (Schlüsselparameter)

Wichtige Punkte für die Optimierung des Harzaushärtungsprozesses
a.Heizrate: Kontrolliert auf 2-3℃/min, um zu verhindern, dass flüchtige Bestandteile kochen und Blasen bilden.
b. Konstante Temperatur/Zeit: 150 °C/20 Minuten für gewöhnliches Epoxidharz, 170 °C/25 Minuten für mit Keramik gefülltes Harz und 200 °C/30 Minuten für Polyimid.
c.Kühlrate: ≤5℃/min. Stufenweise Kühlung (z. B. 150℃→120℃→80℃, mit 10-minütiger Isolierung in jeder Stufe) kann verwendet werden, um interne Spannungen zu reduzieren.

Herausforderung 3: Versagen der Lötstopplack-Haftung und Oberflächenfehler (Abblättern, Nadellöcher)
Die Lötstoppmaske dient als „Schutzschicht“ von 2-lagigen Leiterplatten auf Aluminiumbasis und ist für Isolierung, Korrosionsbeständigkeit und Verhinderung mechanischer Schäden verantwortlich. Allerdings erschweren die Glätte und chemische Inertheit der Aluminiumbasisoberfläche die Haftung des Lötstopplacks, was zu verschiedenen Defekten führt.

Grundursachen: Unzureichende Oberflächenbehandlung und Mängel im Beschichtungsprozess
1. Unvollständige Reinigung der Aluminiumbasisoberfläche: Während der Verarbeitung bleiben auf der Aluminiumbasisoberfläche leicht Öl (Schneidflüssigkeit, Fingerabdrücke) oder Oxidablagerungen zurück. Das Lötstopplackharz kann sich nicht fest mit der Aluminiumbasis verbinden und neigt dazu, sich nach dem Aushärten abzulösen.
2.Unsachgemäßer Oberflächenbehandlungsprozess: Herkömmliche chemische Reinigung entfernt nur Oberflächenöl, kann aber den Oxidfilm (Al₂O₃) nicht entfernen. Die Haftung zwischen Lötstopplack und Aluminiumbasis erreicht nur Klasse 3B (gemäß ISO 2409-Standard, mit Kantenablösung). Unversiegelte eloxierte Schichten behalten Poren, und beim Beschichten dringt Lötstopplackharz in diese Poren ein und bildet kleine Löcher.
3. Unkontrollierte Beschichtungsparameter: Beim Siebdruck führt ein ungleichmäßiger Rakeldruck (z. B. unzureichender Kantendruck) zu einer ungleichmäßigen Lötmaskendicke (lokale Dicke <15 μm) und dünne Bereiche sind anfällig für Ausfälle. Eine zu hohe Trocknungstemperatur (>120℃) führt zu einer vorzeitigen Oberflächenaushärtung der Lötmaske, wodurch Lösungsmittel im Inneren eingeschlossen werden und Blasen entstehen.

Auswirkungen: Reduzierte Zuverlässigkeit und Sicherheitsrisiken
a. Schaltkreisausfall aufgrund von Korrosion: Nach dem Ablösen der Lötstoppmaske werden die Aluminiumbasis und die Kupferfolie der Luft ausgesetzt. Im Außenbereich (z. B. Leiterplatten von Straßenlaternen) verursachen Regenwasser und Salznebel Korrosion, wodurch der Schaltkreiswiderstand erhöht und die LED-Helligkeit um über 30 % verringert wird.
b. Durch Nadellöcher verursachte Kurzschlüsse: Nadellöcher, die größer als 0,1 mm sind, werden zu „leitenden Kanälen“. Staub oder Metallpartikel, die in diese Löcher eindringen, verursachen Kurzschlüsse zwischen benachbarten Lötstellen – Kurzschlüsse in Leiterplatten für Elektrofahrzeuge lösen beispielsweise das Durchbrennen von Sicherungen aus.
c. Kundenablehnung wegen schlechter Optik: Ungleichmäßige Lötmasken und Blasen beeinträchtigen das Erscheinungsbild der Leiterplatte. Ein Hersteller von Unterhaltungselektronik lehnte aufgrund dieses Problems einmal 3.000 2-lagige Leiterplatten auf Aluminiumbasis ab, wobei die Nacharbeitskosten mehr als 22.000 US-Dollar betrugen.

Leistungsvergleich von Prozessen zur Oberflächenbehandlung von Aluminiumbasis

Wichtige Punkte für die Optimierung des Lötmaskenbeschichtungsprozesses
a. Siebauswahl: Verwenden Sie Polyestersiebe mit 300–400 Mesh, um eine gleichmäßige Lötmaskendicke (20–30 μm) sicherzustellen.
b. Rakelparameter: Druck 5–8 kg, Winkel 45–60°, Geschwindigkeit 30–50 mm/s, um fehlende Drucke oder ungleichmäßige Dicke zu vermeiden.
c. Trocknen und Aushärten: Zweistufiges Trocknen – 80 °C/15 Minuten (Vortrocknung zur Entfernung von Lösungsmitteln) und 150 °C/30 Minuten (vollständige Aushärtung), um Blasenbildung zu verhindern.

Herstellung von 2-lagigen Leiterplatten auf Aluminiumbasis: Maßgebliche Lösungen und Best Practices
Um die oben genannten drei Herausforderungen zu bewältigen, haben führende Hersteller der Branche die Ausbeute an Leiterplatten auf 2-Lagen-Aluminiumbasis durch „Prozessoptimierung + Geräteaufrüstung + Verbesserung der Qualitätsprüfung“ von 75 % auf über 88 % gesteigert. Nachfolgend finden Sie validierte, umsetzbare Lösungen.

Lösung 1: Präzisionsklebeprozess – Behebung von Delaminations- und Blasenproblemen
Kernidee: Oxidfilme eliminieren + Heißpressparameter präzise steuern

1. Vorbehandlung der Aluminiumbasisoberfläche: Plasmareinigung
Verwenden Sie einen atmosphärischen Plasmareiniger (Leistung 500–800 W, Gas: Argon + Sauerstoff), um die Aluminium-Grundfläche 30–60 Sekunden lang zu reinigen. Plasma bricht den Oxidfilm (Al₂O₃) auf und bildet aktive Hydroxylgruppen (-OH), wodurch die chemische Bindungskraft zwischen dem Harz der dielektrischen Schicht und der Aluminiumbasis um über 40 % erhöht wird. Tests eines Herstellers von EV-Leiterplatten zeigten, dass nach der Plasmabehandlung die Verbindungszugkraft von 1,2 kg/cm auf 2,0 kg/cm anstieg und damit die IPC-Standards weit übertraf.

2. Laminierungsausrüstung: Vakuum-Heißpresse + Echtzeitüberwachung. Wählen Sie eine Vakuum-Heißpresse mit einem PID-Temperaturkontrollsystem (Vakuumgrad ≤ -0,095 MPa), um Folgendes zu erreichen:
a. Temperaturkontrolle: Schwankung ±2℃ (z. B. beträgt die Laminiertemperatur für mit Keramik gefülltes Harz 175℃, mit tatsächlicher Abweichung ≤±1℃);
b.Druckregelung: Präzision ±1 kg/cm², mit zonenweiser Druckeinstellung (Randdruck 5 % höher als Mitteldruck), um einen ungleichmäßigen Fluss der dielektrischen Schicht zu vermeiden;
c. Zeitkontrolle: Je nach Harztyp einstellen (z. B. 30 Minuten Laminierungszeit für Polyimidharz), um eine Unter- oder Überhärtung zu verhindern.

3. Inspektion nach dem Kleben: 100 % Ultraschall-Fehlererkennung
Scannen Sie unmittelbar nach der Laminierung mit einer 20-MHz-Ultraschallsonde, um Delamination und Blasen zu erkennen. Markieren Sie Leiterplatten mit Blasen von ≥0,2 mm Durchmesser oder Delaminationen von ≥1 mm Länge als unqualifiziert und überarbeiten Sie sie (erneute Plasmabehandlung + Laminierung), mit einer Nacharbeitsausbeute von über 90 %.

Anwendungsfall
Nach Einführung der Lösung „Plasmareinigung + Vakuum-Heißpressen“ reduzierte ein Hersteller von LED-Straßenlaternen die Delaminationsrate von 2-lagigen Leiterplatten auf Aluminiumbasis von 4,5 % auf 0,3 %. Die Betriebstemperatur von Straßenlaternenmodulen sank von 135℃ auf 110℃, die Lebensdauer verlängerte sich von 30.000 Stunden auf 50.000 Stunden und die After-Sales-Kosten sanken um 60 %.

Lösung 2: Harzauswahl und Härtungsoptimierung – Behebung von Rissen und unzureichender Wärmeleitfähigkeit
Kernidee: Harze an Szenarien anpassen + digitale Aushärtekurven
1.Leitfaden zur Harzauswahl (nach Leistung/Umgebung)
a.Low Power (<5W): Gewöhnliches Epoxidharz (kostengünstig, z. B. FR-4-Harz) für Innensensoren und kleine LEDs.
b. Mittlere Leistung (5–20 W): Mit Keramik gefülltes Epoxidharz (z. B. Harz mit 60 % Aluminiumoxid, Wärmeleitfähigkeit 2,0 W/mK) für Autoscheinwerfer und LED-Deckenleuchten für den Haushalt.
c.Hohe Leistung (>20 W): Silikonmodifiziertes Epoxidharz (gute Temperaturwechselbeständigkeit) oder Polyimidharz (hohe Temperaturbeständigkeit) für Lademodule für Elektrofahrzeuge und industrielle Leistungsregler.
d.Hochtemperaturumgebungen (>180℃): Polyimidharz (Temperaturbeständigkeit 300℃) für Militär- und Luft- und Raumfahrtausrüstung.

2. Digitale Steuerung des Aushärtungsprozesses. Verwenden Sie einen Aushärtungsofen mit einem SPS-Steuerungssystem und voreingestellten „kundenspezifischen Aushärtungskurven“. Die Kurve für keramikgefülltes Epoxidharz lautet beispielsweise:
a.Heizphase: 2℃/min, von Raumtemperatur auf 170℃ (65min);
b. Konstante Temperaturstufe: 170 °C für 25 Minuten (um eine vollständige Aushärtung des Harzes sicherzustellen);
c.Kühlphase: 3℃/min, von 170℃ auf 80℃ (30min), dann natürliche Abkühlung auf Raumtemperatur.
Die digitale Steuerung reduziert die Härteschwankung des Harzes innerhalb derselben Charge auf ±3 % (getestet mit einem Shore-D-Härteprüfgerät), weitaus besser als ±10 % herkömmlicher Härtungsöfen.

3. Überprüfung der Harzleistung: Prüfung des thermischen Widerstands
Nehmen Sie nach dem Aushärten stichprobenartig Proben und führen Sie einen Laserblitz-Wärmeleitfähigkeitstest durch (gemäß ASTM E1461-Standard), um eine Abweichung der Wärmeleitfähigkeit von ≤ ±10 % sicherzustellen. Führen Sie gleichzeitig eine Prüfung des Wärmewiderstands durch (gemäß IPC-TM-650-Standard 2.6.2.1). Beispielsweise muss der Wärmewiderstand von Leistungsplatinen für Elektrofahrzeuge ≤ 0,8 °C/W betragen. Andernfalls passen Sie das Harzverhältnis oder die Aushärtungsparameter an.

Anwendungsfall
Ein Hersteller von Elektrofahrzeugen verwendete ursprünglich gewöhnliches Epoxidharz (Wärmeleitfähigkeit 0,6 W/mK) zur Herstellung von Lademodul-Leiterplatten, was zu einer Modultemperatur von 140 °C führte. Nach der Umstellung auf keramikgefülltes Epoxidharz (Wärmeleitfähigkeit 2,2 W/mK) und der Optimierung der Aushärtungskurve sank die Modultemperatur auf 115 °C und die Ladeeffizienz erholte sich von 88 % auf 95 %, was den Anforderungen für Schnellladung entspricht.

Lösung 3: Optimierung der Lötstoppmaskenhaftung – Behebung von Problemen mit Abblättern und Nadellöchern
Kernidee: Präzise Oberflächenbehandlung + vollständige Fehlererkennung im gesamten Prozess
1. Dreistufige Oberflächenbehandlung der Aluminiumbasis. Für Szenarien mit hoher Zuverlässigkeit (z. B. Elektrofahrzeuge, Militär) verwenden Sie den dreistufigen Prozess „Plasmareinigung → Eloxierung → Versiegelung“:
a.Plasmareinigung: Oxidfilme und Öl entfernen (30 Sekunden, Argon + Sauerstoff);
b.Anodisierung: Elektrolysieren in einer Schwefelsäurelösung (Stromdichte 1,5 A/dm², 20 Min.), um einen 10–15 μm dicken Oxidfilm zu bilden (poröse Struktur zur Verbesserung der Haftung);
c.Versiegelung: Versiegelung mit Nickelsalz (80 °C, 15 Min.), um die Poren im Oxidfilm zu verschließen und zu verhindern, dass Lötmaskenharz eindringt und Nadellöcher bildet.
Nach der Behandlung erreicht die Oberflächenrauheit der Aluminiumbasis Ra 1,0 μm, die Haftung der Lötmaske erreicht Grad 5B (ISO 2409) und die Salzsprühbeständigkeit wird auf 500 Stunden ohne Rost verbessert.

2.Lötmaskenbeschichtung: Siebdruck + 100 % AOI-Inspektion
a.Beschichtungsprozess: 350-Mesh-Sieb, Rakeldruck 6 kg, Winkel 50°, Geschwindigkeit 40 mm/s, um eine Lötmaskendicke von 20–25 μm (Gleichmäßigkeit ± 2 μm) sicherzustellen;
b.Trocknung und Aushärtung: 80℃/15 Min. Vortrocknung, 150℃/30 Min. vollständige Aushärtung, um Oberflächenkrustenbildung zu vermeiden;
c. Fehlererkennung: Verwenden Sie einen 2D+3D-AOI-Detektor (Auflösung 10 μm) für eine 100 %-Inspektion von Nadellöchern (≤ 0,1 mm ist qualifiziert), Abblättern (kein Kantenabblättern ist qualifiziert) und ungleichmäßiger Dicke (Abweichung ≤ 10 % ist qualifiziert). Nicht qualifizierte Produkte werden neu beschichtet oder verschrottet.

Anwendungsfall
Nach Einführung der Lösung „Dreistufige Oberflächenbehandlung + 100 % AOI-Inspektion“ reduzierte ein Hersteller von Outdoor-LED-Displays die Ablösungsrate der Lötmaske von 8 % auf 0,5 % und die Lochbildungsrate von 5 % auf 0,2 %. Die Displays funktionierten in einer Salznebelumgebung an der Küste zwei Jahre lang ohne Korrosionsausfälle.

Vollständiges Qualitätsprüfsystem für 2-lagige Leiterplatten auf Aluminiumbasis (mit Standardtisch)
Die ultimative Lösung für Fertigungsherausforderungen liegt in einem Qualitätskontrollsystem für den gesamten Prozess, das „Prävention + Erkennung“ kombiniert. Nachfolgend finden Sie ein Qualitätskontrollsystem, das gemäß IPC- und ASTM-Standards entwickelt wurde und direkt implementiert werden kann.

Qualitätsprüftabelle für den gesamten Prozess (Kernelemente)

Empfohlene Auswahl wichtiger Qualitätsprüfgeräte
a.Einstiegsniveau (kleine und mittlere Hersteller): Einfache Ultraschallprüfgeräte (z. B. Olympus EPOCH 650), manuelle Gitterschnittprüfgeräte und Shore-Härteprüfgeräte. Kosten: ca. 15.000 US-Dollar, Erfüllung grundlegender Qualitätsprüfungsanforderungen.
b. Mittleres bis hohes Niveau (große Hersteller/Szenarien mit hoher Zuverlässigkeit): 2D+3D AOI (z. B. Koh Young KY-8030), Laser-Flash-Wärmeleitfähigkeitstester (z. B. Netzsch LFA 467) und vollautomatische Flying-Probe-Tester (z. B. Seica Pilot V8). Kosten: ca. 75.000 bis 150.000 US-Dollar, was eine vollautomatische Erkennung ermöglicht und die Effizienz verbessert.

FAQ: Häufige Fragen zur Herstellung von 2-lagigen Leiterplatten auf Aluminiumbasis
1. Was ist der Hauptgrund dafür, dass zweischichtige Leiterplatten auf Aluminiumbasis schwieriger herzustellen sind als gewöhnliche FR4-Leiterplatten?
Der Kern liegt in der Materialverträglichkeit und Prozesskomplexität:
a.In Bezug auf die Materialien ist der CTE-Unterschied zwischen Aluminium (23 ppm/℃) und dielektrischen Schichten (15 ppm/℃) groß, was leicht zu thermischer Spannung führt; während der WAK-Unterschied zwischen FR4 (110 ppm/℃) und Kupferfolie (17 ppm/℃) durch Harz gepuffert werden kann, ohne dass eine zusätzliche Behandlung erforderlich ist.
b. In Bezug auf die Prozesse erfordern 2-lagige Leiterplatten auf Aluminiumbasis zusätzliche Oberflächenbehandlungen der Aluminiumbasis (z. B. Plasmareinigung, Anodisierung) und Vakuum-Heißpressbonden – 30 % mehr Schritte als FR4; FR4 kann mit ausgereiften, einfachen Verfahren direkt gebohrt und geätzt werden.

2. Wie lässt sich schnell feststellen, ob die Auswahl des Harzes angemessen ist?
Eine vorläufige Beurteilung lässt sich mit der Matching-Formel „Leistung-Wärmeleitfähigkeit“ treffen:

Erforderliche Wärmeleitfähigkeit des Harzes (W/mK) ≥ Komponentenleistung (W) × Zulässiger Temperaturanstieg (℃) / Wärmeableitungsfläche (m²)

Beispiel: Für eine 20-W-LED-Komponente mit einem zulässigen Temperaturanstieg von 50 °C und einer Wärmeableitungsfläche von 0,001 m² beträgt die erforderliche Wärmeleitfähigkeit ≥ (20×50)/0,001 = 1000? Nein – eigentlich muss die Überlagerung des Wärmewiderstands (Wärmewiderstand der Aluminiumbasis + Wärmewiderstand des Harzes) berücksichtigt werden. Der Einfachheit halber: Wählen Sie keramikgefüllte Harze mit 1,2–2,5 W/mK für mittlere Leistung (5–20 W) und Harze mit ≥2,0 W/mK für hohe Leistung (>20 W) – dies wird selten falsch sein.

3. Können abgelöste Lötstoppmasken nachbearbeitet werden?
Es kommt auf die Situation an:
a.Wenn der Ablösungsbereich <5 % beträgt und keine Harzrückstände vorhanden sind, kann eine Nacharbeit über „Polieren mit Schleifpapier der Maschenweite 2000 → Reinigen mit Isopropylalkohol → Neubeschichten der Lötmaske → Aushärten“ erfolgen. Die Haftung nach der Überarbeitung muss erneut getestet werden (um Note 5B zu erreichen).
b.Wenn der Ablösungsbereich >5 % beträgt oder sich Harzreste auf der Aluminiumbasisoberfläche befinden (schwer zu entfernen), wird eine Verschrottung empfohlen, um ein erneutes Ablösen nach der Überarbeitung zu vermeiden.

Fazit: Der „Durchbruchsschlüssel“ und zukünftige Trends bei der Herstellung von 2-lagigen Leiterplatten auf Aluminiumbasis

Die Herstellungsherausforderungen von 2-lagigen Leiterplatten auf Aluminiumbasis ergeben sich im Wesentlichen aus dem „Kompatibilitätskonflikt zwischen metallischen und nichtmetallischen Materialien“ – der Wärmeleitungsvorteil von Aluminium steht im Widerspruch zu den Prozessanforderungen dielektrischer Schichten und Lötmasken. Der Kern der Lösung dieser Probleme beruht nicht auf einem einzigen technologischen Durchbruch, sondern auf der „präzisen Steuerung der Prozessdetails“: Von der Entfernung von 1 nm dicken Oxidfilmen auf der Aluminiumbasisoberfläche über die ±2 °C Temperaturkontrolle der Harzaushärtung bis hin zur gleichmäßigen Dicke der Lötstoppmaske von 10 μm – jeder Schritt muss in Übereinstimmung mit den Standards ausgeführt werden.

Derzeit hat die Branche ausgereifte Lösungen entwickelt: Vakuum-Heißpressen + Plasmabehandlung zur Lösung von Verbindungsproblemen, szenariobasierte Harzauswahl + digitale Aushärtung zur Lösung von Problemen mit der thermischen Stabilität und Anodisierung + 100 % AOI-Inspektion zur Lösung von Lötstoppmaskenproblemen. Diese Lösungen können die Erträge auf über 88 % steigern und die Kosten um 20–30 % senken, wodurch die Anforderungen von LEDs, Elektrofahrzeugen und Industrieelektronik vollständig erfüllt werden.

Mit der Verbreitung leistungsstarker elektronischer Geräte (z. B. 800-V-EV-Plattformen, Hochleistungs-Energiespeicher-Wechselrichter) wird die Nachfrage nach Leiterplatten auf 2-Schicht-Aluminiumbasis in Zukunft weiter steigen und die Fertigungstechnologien werden sich in Richtung „höherer Präzision und stärkerer Automatisierung“ bewegen: Die visuelle KI-Inspektion wird Verbindungsblasen in Echtzeit identifizieren (Genauigkeit bis zu 0,05 mm), maschinelles Lernen wird die Aushärtungskurven automatisch optimieren (Anpassung der Parameter basierend darauf). Harzchargen) und die 3D-Drucktechnologie kann für maßgeschneiderte dielektrische Schichten (Anpassung an komplexe Aluminiumgrundstrukturen) eingesetzt werden.

Für Hersteller verbessert die Beherrschung der Kernfertigungstechnologien von Leiterplatten auf 2-Schicht-Aluminiumbasis nicht nur die Wettbewerbsfähigkeit ihrer Produkte, sondern sichert sich auch den „First-Mover-Vorteil“ auf dem Markt für Hochleistungselektronik. Denn im Zeitalter der Elektronik, das nach „effizienter Wärmeableitung und hoher Zuverlässigkeit“ strebt, wird die Bedeutung von Leiterplatten auf Aluminiumbasis mit zwei Schichten nur noch zunehmen – und die Lösung von Fertigungsherausforderungen ist der erste Schritt, um diese Chance zu nutzen.