埋嵌铜块印制OD体育的设计和关键生产工艺

 行业OD     |      2021-11-24 14:50:29    |      OD体育
随着电子OD体育体积越来越小,印制OD体育(PCB)的体积也不断的缩小,线路设计越来越密集化。由于元器件的功率密度提高,PCB的散热量过大,从而影响了元器件的使用寿命、老化甚至元器件失效等。目前解决PCB散热问题有很多途径,如密集散热孔设计、厚铜箔线路、金属基(芯)板结构、埋嵌铜块设计、铜基凸台设计、高导热材料等。

随着散热基板的技术不断提高与市场高速发展,散热基板在基板材料和OD体育结构方面,呈现出技术变革与创新的热潮。具体表现在:

(1)采用高导热基板材料,如铝基板材料、铜基板材料、金属复合材料、陶瓷基板材料等;

(2)在OD体育结构上的改变,如厚铜箔基板、金属基(芯)板、埋嵌铜块板、陶瓷基板、铜基凸台板、铜导电柱,以及PCB与散热片一体结构等OD体育新型结构。

埋嵌铜块PCB散热技术,是将铜块埋嵌到FR4基板或高频混压基板,铜的导热系数远大于PCB介质层,功率器件产生的热量可以通过铜块有效传导至PCB和通过散热器散发。承载铜块的PCB可以设计成多层板,基板材料根据OD体育结构设计需要选用FR4(环氧树脂)材料或高频混压材料。

埋铜块设计主要分为两大类:第一类是铜块半埋型,命名为“埋铜块”;第二类是铜块贯穿型,命名为“嵌铜块”。埋入铜块厚度小于板件总厚度,铜块一面与底层齐平,另一面与内层的某一面齐平,埋入的铜块厚度与板件总厚度接近或相当,铜块贯穿顶层,此种设计铜块有埋阶梯铜块和埋直铜块。

微波PCB散热问题一直是电子行业较为关注的问题之一,如何降低RF(射频)层介厚、减少铜箔表面粗糙度的同时,缩短散热路径和发热量,主要途径是通过技术提高微波基板导热系数、密集散热孔或局部镀厚铜或微波板材地层厚铜化、局部埋嵌散热铜块。立足于现有成熟微波板材,通常采用后两者设计方案。

埋嵌铜块PCB从压合叠层结构上可以概括为二大类:第一类是在FR4(环氧树脂)材料三层或以上多层板结构内埋嵌铜块;第二类是在FR4芯板与高频材料混压多层板结构内埋嵌铜块。

在FR4芯板和半固化片的埋铜区域铣出埋铜槽,然后将铜块棕化后压合制作,使铜块与FR4芯板组合在一起。高频材料局部混压嵌埋铜块PCB的加工方法,首先是在内层芯板和半固化片埋铜块混压区域铣出埋铜槽、局部混压槽,然后叠合和热熔,铜块嵌入槽内,再进行压合,使铜块与FR4基板、高频基板混压在一起,实现散热功能。

埋嵌铜块制造工艺

(1)铜块与板(或混压区)的铣槽尺寸匹配性:铜块放置在铣槽中,铜块过松或过紧的影响压合填胶质量和结合力。

(2)铜块与板(或混压区)的平整度控制:压合时,铜块与FR-4芯板(或混压区)的平整度难以控制,需确保铜块与板的平整度控制在±0.075 mm以内。

(3)铜块上的残胶难以清除:压合时从铜块与板缝隙溢出的树脂流至铜块上的残胶难以清除,影响OD体育可靠性。

(4)铜块与板(或混压区)的可靠性:压合时铜块与FR-4芯板(或混压区)存在一定的高度差,容易导致铜块与板的连接处填胶不足、空洞、裂纹、分层等问题。

直接在PCBOD体育内埋嵌金属铜块,是解决散热问题的有效途径之一。但现有制作工艺存在铜块与基板结合力不足、耐热性差、溢胶难清除、OD体育合格率低等问题,限制了埋嵌铜块PCB技术成果的应用和推广,因此现有技术有待进一步研究和提高。