一種改善埋銅塊板裂縫的方法

楊先衛(wèi) 黨新獻(xiàn) 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(xiàn)代社會電子產(chǎn)品多樣化、多功能化、高集成度的發(fā)展，促進(jìn)了印制電路板（PCB）高密度、多樣化結(jié)構(gòu)設(shè)計。尤其隨著5G時代的到來，高頻高速PCB的應(yīng)用越來越廣泛，還需要適應(yīng)高頻大功率器件的高功耗環(huán)境。PCB內(nèi)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(chǎn)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(shè)計方案，如高導(dǎo)熱材料設(shè)計、厚銅基板、金屬基板、密集散熱孔設(shè)計、埋嵌銅塊設(shè)計等。相對而言，直接在PCB內(nèi)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(dǎo)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(nèi)移動，造成銅塊周邊出現(xiàn)填膠不良而產(chǎn)生溢膠過度或空洞的問題，以及銅塊與基材結(jié)合力不足等品質(zhì)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(jìn)行改善試驗及分析,提升埋銅塊產(chǎn)品的可靠性，分析其制作難點及管控做了詳細(xì)闡述。

1 問題描述及切片分析

我公司生產(chǎn)一款5G用埋銅塊PCB，成品在做可靠性測試后，發(fā)現(xiàn)銅塊周圍有裂縫產(chǎn)生（見圖1所示）。對不良品進(jìn)行切片分析，銅塊周圍填膠不足，導(dǎo)致凹陷電鍍時面銅偏薄，經(jīng)過高溫沖擊，產(chǎn)生裂紋。

圖1 銅塊周圍裂紋

2 產(chǎn)品信息

2.1 產(chǎn)品疊構(gòu)

產(chǎn)品為埋銅塊12層多層板，剖面結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 產(chǎn)品疊構(gòu)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(xiàn)在L1面，對缺陷位置切片分析，發(fā)現(xiàn)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(xiàn)在L1面，銅塊周圍縫隙深度偏深、縫隙偏大，導(dǎo)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(nèi)，銅塊尺寸控制在±0.025 mm。銅塊和盲槽尺寸測量結(jié)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(nèi)層厚銅（≥140 μm）多層板、及內(nèi)層銅基 PCB 板以及需高填膠 PCB 產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域,我們借用其特殊功能來填充銅塊周圍的縫隙。

圖3 產(chǎn)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(jié)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(shù)，測量其流膠量，發(fā)現(xiàn)SP175M的流膠量是普通半固化片的1倍，結(jié)果如表2所示。

表2 流膠量測量結(jié)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(chǎn)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(qiáng)，但是銅塊周圍縫隙深度偏深、縫隙偏大，導(dǎo)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(yù)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(jìn)入壓機(jī)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(xiàn)很好，填膠充分，無空洞、裂縫問題。

圖7 改善后切片圖

4 結(jié)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(dǎo)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。