目前行业挠性电路设计方案中的材料主要由铜和聚酰亚胺层压板构成，但随着我对汽车电子行业的逐渐了解，对使用铝替代铜、聚酯替代聚酰亚胺的可能性产生了极大的兴趣。采用传统工艺很难焊接到铝和聚酯上，但一项非常有趣的技术——Mina™工艺的出现解决了这一问题，这种涂层不仅简化了在铝上的焊接，甚至能够实现自动化低温焊接至聚酯上。带着对该工艺的一些疑问，我采访了在Mina™组装工艺开发中发挥了极其重要作用的Divyakant Kadiwala先生，他是Averatek公司生产副总裁，为我们详细介绍了Mina™工艺。
Tara Dunn：Divyakant，在开始讨论Mina™工艺之前，能否简要介绍一下Averatek公司和您的工作背景？
Divyakant Kadiwala：Averatek是一家总部位于硅谷的高科技公司，由SRI International公司和私人投资者共同创立。公司主打两项产品：LMI™——一种采用具有专利的A-SAP™工艺制造超高密度电路的催化油墨；Mina™——一种能够实现焊接至铝上的表面处理技术。我担任公司的生产副总裁，负责工艺制程、质量控制、设备管理和业务发展等工作。目前，我正在主导Mina™的产品化工作。
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Dunn：谢谢您。下面我们进入正题，讨论一下铝的特性。在您看来，与其他金属相比，铝有哪些优势呢？
Kadiwala：铝是地壳中含量最高的金属，因此，与其他金属相比，铝更容易获得，成本更低。在不同应用领域中，铝具有不同的优势。例如在汽车电子产品中，铝比铁和铁合金（例如钢）强度更高，但质量却更轻。而在打印电子产品领域，铜是主要采用的金属。
铝的导电率为铜的68％，但质量仅为铜的30％。这意味着裸铝线的质量仅是具有相同电阻裸铜线的一半。铝也成为了高压传输电缆的首选材料。此外，在相同质量的条件下，铝的价格比铜便宜3倍，考虑到实际条件下的材料使用，铝的价格可便宜6倍，这正是铝具有的最大优势。
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Dunn：太有趣了。在您看来，为什么铝特别适合汽车电子产品？
Kadiwala：铝一直是汽车业的福音。与其他行业一样，汽车业在其100多年的发展历程中一直受到各种地理和政治原因的推动。无论是20世纪70年代的石油禁运，还是由于气候变化导致的全球变暖，汽车业一直面临提高燃油效率标准的压力。
提高燃油效率最简单的方法是减少汽车的自重并提高内燃机的效率。与钢和其他铁合金相比，铝可在更轻的质量下提供极佳的强度，有助于减轻汽车的质量。同时，它还能提供更好的性能来帮助提升发动机的效率。
由于大多数汽车的车身和底盘都是铝制的，因此将车载电子设备与铝制车身集成非常关键。Averatek的Mina™工艺可以提供与铝的焊接连接，而无需任何镀层或表面涂层，因此可帮助简化制程并降低制造成本。
Dunn：以往我们认为，铝很难组装。将材料焊接到铝上到底面临哪些挑战呢？
Kadiwala：无论是刚性还是挠性铝制PCB，部件焊接到铝焊盘上时都会面临挑战，这是因为所有铝表面都覆盖有一层氧化铝。尽管该氧化层是自限性的，但是现有焊料系统中的助焊剂不能在回流焊期间去除该氧化层。因此，它阻止了金属间的结合。即使使用蚀刻剂和助焊剂去除了该氧化层，将清洁的铝暴露于空气后原有位置也会很快形成新的氧化层。采用传统的SMT方法无法将SMD组装到PCB上。
Dunn：您可以列举在汽车电子产品中采用Mina™工艺的几种方式吗？
Kadiwala：将电子产品与汽车的铝制车身和底盘集成是汽车制造业的重要环节。由于铝不易焊接，因此机械“压接”和“引线”连接是常见的选择。Mina™工艺可以提供焊接接头代替这些机械连接器。它可以帮助将铝线或PCB连接到铝制机架进行接地或其他类似连接，还可以帮助将铜连接到铝制PCB上。
Dunn：真让人兴奋。但对于任何新的制造工艺，可靠性始终是关注焦点。目前你们已经完成了哪些测试？已收集到了哪类可靠性数据？
Kadiwala：挠性PCB采用Al 9-mm/ PET 38-mm基板制成，采用低温Sn/Bi/Ag焊膏焊接元件。对完成组装后的PCB进行了K-09“湿热循环测试（有霜冻）”、M-04“振动测试”，这两项测试均符合LV-124欧洲汽车标准的要求。
1.K-09 “湿热循环测试（有霜冻）”的特征：箱内温度：无冷冻阶段（23~65℃）；含冷冻阶段（-10~65℃）箱内湿度RH：95％持续时间 ：10d （24h一个周期， 10个周期）循环：冷冻阶段5个循环+无冷冻阶段5个循环样品运行：此处不运行（通常是间歇运行，30s开30s关）
2.M-04“振动测试”的特征箱内温度：8h内温度变化范围在-40~80°C之间根据LV-124中的振动曲线D宽带随机振动→5~2000Hz→30.8 m/s²→X轴、Y轴、Z轴→每个轴8h
Dunn：Mina可以与哪些材料组合使用？刚性，挠性，还是其他类型材料？
Kadiwala：Mina既适用于挠性材料又适用于刚性材料。我们为客户验证过的铝合金包括Al1235、Al6061和Al5052。
Dunn：了解了铝相比于铜的优势，并了解了诸如聚酯之类的挠性材料的优势，我们似乎很容易理解这种材料组合适用于汽车电子以及其他产品的原因。在您看来，哪些市场会利用Mina™工艺对这些材料焊接工艺的简化优势而采用它？
Kadiwala：除了汽车行业以外，LED、智能标签、散热器和大功率设备相关行业对这项技术都产生了相当大的兴趣。
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Mina™使Al-PET基板具备了焊接元器件的能力，拓宽了Al-PET基板的使用范围，可应用于LED的生产。由于Al-PET基板价格便宜，LED行业不仅可大大降低生产成本，同时，还可以使其成为性能更好的产品。与使用导电环氧树脂连接的LED相比，焊接的LED工作温度要低得多。根据大型LED制造商的反馈，工作温度每降低10℃，LED的寿命就会增加一倍。因此，焊接的LED电路板将更加可靠。
与通用RFID标签相比，智能标签可容纳更多的元件，尺寸更大。这类产品使用了更多的环氧树脂导电银浆，因此制造成本比RFID标签高。相应的，智能标签被设计为可以多次使用，而RFID标签通常只能单次使用。因此，使用寿命对于智能标签很重要。与使用环氧树脂导电银浆制成的标签相比，通过焊接元件制成的标签将更可靠、更便宜。
热量管理对于大功率器件而言很重要，而铝正是通常用于制造散热器的原材料。将大功率器件焊接到铝之前需要在镀表面涂层，如ENIG或ENEPIG。这些步骤增加了制造工艺的成本，因此有些制造商采用诸如热敏胶带等以牺牲产品的性能和寿命为代价的方法解决该问题。而Mina™工艺通过支持直接在铝散热器上的焊接解决了所有这些问题。 Dunn：Divyakant，感谢您接受采访，详细介绍关于Mina™工艺的相关细节。虽然在挠性电路领域工作了很多年，但每次了解到改变挠性材料组装和集成的方法总是会很兴奋。
更多内容可点击这里查看，文章发表于《PCB007中国线上杂志》5月号，更多精彩原创内容，欢迎关注“PCB007中文线上杂志”公众号。
