埋嵌銅塊印制電路板的設(shè)計(jì)和關(guān)鍵生產(chǎn)工藝

 行業(yè)新聞     |      2021-11-24 14:50:29    |      愛(ài)彼電路
隨著電子產(chǎn)品體積越來(lái)越小，印制電路板（PCB）的體積也不斷的縮小，線路設(shè)計(jì)越來(lái)越密集化。由于元器件的功率密度提高，PCB的散熱量過(guò)大，從而影響了元器件的使用壽命、老化甚至元器件失效等。目前解決PCB散熱問(wèn)題有很多途徑，如密集散熱孔設(shè)計(jì)、厚銅箔線路、金屬基（芯）板結(jié)構(gòu)、埋嵌銅塊設(shè)計(jì)、銅基凸臺(tái)設(shè)計(jì)、高導(dǎo)熱材料等。

隨著散熱基板的技術(shù)不斷提高與市場(chǎng)高速發(fā)展，散熱基板在基板材料和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面，呈現(xiàn)出技術(shù)變革與創(chuàng)新的熱潮。具體表現(xiàn)在：

（1）采用高導(dǎo)熱基板材料，如鋁基板材料、銅基板材料、金屬?gòu)?fù)合材料、陶瓷基板材料等；

（2）在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上的改變，如厚銅箔基板、金屬基（芯）板、埋嵌銅塊板、陶瓷基板、銅基凸臺(tái)板、銅導(dǎo)電柱，以及PCB與散熱片一體結(jié)構(gòu)等產(chǎn)品新型結(jié)構(gòu)。

埋嵌銅塊PCB散熱技術(shù)，是將銅塊埋嵌到FR4基板或高頻混壓基板，銅的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)大于PCB介質(zhì)層，功率器件產(chǎn)生的熱量可以通過(guò)銅塊有效傳導(dǎo)至PCB和通過(guò)散熱器散發(fā)。承載銅塊的PCB可以設(shè)計(jì)成多層板，基板材料根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要選用FR4（環(huán)氧樹(shù)脂）材料或高頻混壓材料。

埋銅塊設(shè)計(jì)主要分為兩大類：第一類是銅塊半埋型，命名為“埋銅塊”；第二類是銅塊貫穿型，命名為“嵌銅塊”。埋入銅塊厚度小于板件總厚度，銅塊一面與底層齊平，另一面與內(nèi)層的某一面齊平，埋入的銅塊厚度與板件總厚度接近或相當(dāng)，銅塊貫穿頂層，此種設(shè)計(jì)銅塊有埋階梯銅塊和埋直銅塊。

微波PCB散熱問(wèn)題一直是電子行業(yè)較為關(guān)注的問(wèn)題之一，如何降低RF（射頻）層介厚、減少銅箔表面粗糙度的同時(shí)，縮短散熱路徑和發(fā)熱量，主要途徑是通過(guò)技術(shù)提高微波基板導(dǎo)熱系數(shù)、密集散熱孔或局部鍍厚銅或微波板材地層厚銅化、局部埋嵌散熱銅塊。立足于現(xiàn)有成熟微波板材，通常采用后兩者設(shè)計(jì)方案。

埋嵌銅塊PCB從壓合疊層結(jié)構(gòu)上可以概括為二大類：第一類是在FR4（環(huán)氧樹(shù)脂）材料三層或以上多層板結(jié)構(gòu)內(nèi)埋嵌銅塊；第二類是在FR4芯板與高頻材料混壓多層板結(jié)構(gòu)內(nèi)埋嵌銅塊。

在FR4芯板和半固化片的埋銅區(qū)域銑出埋銅槽，然后將銅塊棕化后壓合制作，使銅塊與FR4芯板組合在一起。高頻材料局部混壓嵌埋銅塊PCB的加工方法，首先是在內(nèi)層芯板和半固化片埋銅塊混壓區(qū)域銑出埋銅槽、局部混壓槽，然后疊合和熱熔，銅塊嵌入槽內(nèi)，再進(jìn)行壓合，使銅塊與FR4基板、高頻基板混壓在一起，實(shí)現(xiàn)散熱功能。

埋嵌銅塊制造工藝

（1）銅塊與板（或混壓區(qū)）的銑槽尺寸匹配性：銅塊放置在銑槽中，銅塊過(guò)松或過(guò)緊的影響壓合填膠質(zhì)量和結(jié)合力。

（2）銅塊與板（或混壓區(qū)）的平整度控制：壓合時(shí)，銅塊與FR-4芯板（或混壓區(qū)）的平整度難以控制，需確保銅塊與板的平整度控制在±0.075 mm以內(nèi)。

（3）銅塊上的殘膠難以清除：壓合時(shí)從銅塊與板縫隙溢出的樹(shù)脂流至銅塊上的殘膠難以清除，影響產(chǎn)品可靠性。

（4）銅塊與板（或混壓區(qū)）的可靠性：壓合時(shí)銅塊與FR-4芯板（或混壓區(qū)）存在一定的高度差，容易導(dǎo)致銅塊與板的連接處填膠不足、空洞、裂紋、分層等問(wèn)題。

直接在PCB線路板內(nèi)埋嵌金屬銅塊，是解決散熱問(wèn)題的有效途徑之一。但現(xiàn)有制作工藝存在銅塊與基板結(jié)合力不足、耐熱性差、溢膠難清除、產(chǎn)品合格率低等問(wèn)題，限制了埋嵌銅塊PCB技術(shù)成果的應(yīng)用和推廣，因此現(xiàn)有技術(shù)有待進(jìn)一步研究和提高。