一種改善埋銅塊板裂縫的方法

楊先衛(wèi) 黨新獻 黃金枝

（惠州中京電子科技有限公司，廣東 惠州 519029）

0 前言

隨著現代社會電子產品多樣化、多功能化、高集成度的發(fā)展，促進了印制電路板（PCB）高密度、多樣化結構設計。尤其隨著5G時代的到來，高頻高速PCB的應用越來越廣泛，還需要適應高頻大功率器件的高功耗環(huán)境。PCB內部功耗越大、散熱通道越擁擠，整體熱量就會急劇上升，長期工作時易產生PCB電氣性能下降甚至損毀。因此，解決PCB的散熱問題尤為重要。

目前解決PCB的散熱問題有多種設計方案，如高導熱材料設計、厚銅基板、金屬基板、密集散熱孔設計、埋嵌銅塊設計等。相對而言，直接在PCB內埋嵌金屬銅塊，是解決散熱問題的有效途徑之一。埋嵌銅塊是將小塊高導熱金屬銅以無源器件埋置的方式集成在多層PCB局部區(qū)域，有針對性的解決PCB局部散熱的問題。但在壓合的過程中，部分埋銅塊會在槽孔內移動，造成銅塊周邊出現填膠不良而產生溢膠過度或空洞的問題，以及銅塊與基材結合力不足等品質缺陷。

本案例將從使用半固化片（PP）的類型及壓合排板等出發(fā),對埋銅塊周圍裂縫進行改善試驗及分析,提升埋銅塊產品的可靠性，分析其制作難點及管控做了詳細闡述。

1 問題描述及切片分析

我公司生產一款5G用埋銅塊PCB，成品在做可靠性測試后，發(fā)現銅塊周圍有裂縫產生（見圖1所示）。對不良品進行切片分析，銅塊周圍填膠不足，導致凹陷電鍍時面銅偏薄，經過高溫沖擊，產生裂紋。

圖1 銅塊周圍裂紋

2 產品信息

2.1 產品疊構

產品為埋銅塊12層多層板，剖面結構如圖2所示。

圖2 產品疊構示意圖

2.2 工藝流程

該PCB加工流程如圖3所示。

3 原因分析

3.1 狀況

在T型銅塊周圍放置無紡布半固化片（PP），依靠半固化片流膠來填充縫隙，利用樹脂保證縫隙填膠充分，如圖4中理想狀況。

而實際狀況有裂縫面次都是出現在L1面，對缺陷位置切片分析，發(fā)現銅塊周圍填膠不足有空洞，如圖4中實際狀況。雖然使用生益科技SP175M的超高RC（樹脂含量）半固化片，RC89%按照空間體積計算填膠足夠；由于面次都是出現在L1面，銅塊周圍縫隙深度偏深、縫隙偏大，導致半固化片無法填足。

3.2 分析

3.2.1 銅塊和盲槽尺寸分析

測量盲槽尺寸和銅塊尺寸，如圖5。盲槽尺寸公差控制在±0.075 mm以內，銅塊尺寸控制在±0.025 mm。銅塊和盲槽尺寸測量結果見表1所示。

3.2.2 半固化片SP175M介紹

SP175M是屬于特殊使用功能的半固化片（RC 89%、厚度0.15 mm），采用無紡布+環(huán)氧樹脂的方案，含膠量非常高，目前主要用于內層厚銅（≥140 μm）多層板、及內層銅基 PCB 板以及需高填膠 PCB 產品應用領域,我們借用其特殊功能來填充銅塊周圍的縫隙。

圖3 產品工藝流程圖

圖4 壓合后狀況

圖5 尺寸測量位置圖

表1 銅塊和盲槽尺寸測量結果

我們對比傳統(tǒng)的FR4和SP175M的流動性，采用同一種壓合參數，測量其流膠量，發(fā)現SP175M的流膠量是普通半固化片的1倍，結果如表2所示。

表2 流膠量測量結果

綜上所述，使用SP175M來填充銅塊周圍額裂縫，是一個非常不錯的選擇，但是目前實際產品仍舊存在填充不足的問題，需要采用其他附加方案。

3.3 改善方案

T型銅塊周圍放置無紡布半固化片，僅僅依靠半固化片來填充縫隙，雖然SP175M填充能力非常強，但是銅塊周圍縫隙深度偏深、縫隙偏大，導致半固化片填充能力受到限制，無法保證縫隙填膠充分，增加外界填充半固化片，多方位立體填膠，保證縫隙填膠充足，原理如圖6。

圖6 半固化片填膠原理圖

方案實施步驟如下。

（1）將預先做好的治具和板鉚合在一起。

（2）將SP175M的半固化片圈套在T型銅塊上面，放入盲槽里面。

（3）鋼板上面放置離型膜和半固化片，將放好銅塊的板放在半固化片上面，蓋上隔離銅箔；

（4）進入壓機壓合。

3.4 改善效果

使用新的方案后，表面沒有裂縫，切片表現很好，填膠充分，無空洞、裂縫問題。

圖7 改善后切片圖

4 結論

采用無紡布+環(huán)氧樹脂的半固化片填充方案，含膠量非常高，我們借用其特殊功能來填充銅塊周圍的縫隙，效果明顯，如果銅塊周圍縫隙深度偏深、縫隙偏大，導致半固化片填充能力到了極限范圍，無法保證縫隙填膠充分，在盲槽和銅塊的縫隙位置，增加一個開槽的治具，讓外界填充半固化片，多方位立體填膠，保證縫隙填膠充足。這個方案可以平行展開，針對厚銅、盲孔填膠、縱橫比大的類型板，如果需要填膠，可以參考這種方案。