一种改善埋铜块板裂缝的方法

杨先卫 党新献 黄金枝

（惠州中京电子科技有限公司，广东 惠州 519029）

0 前言

随着现代社会电子产品多样化、多功能化、高集成度的发展，促进了印制电路板（PCB）高密度、多样化结构设计。尤其随着5G时代的到来，高频高速PCB的应用越来越广泛，还需要适应高频大功率器件的高功耗环境。PCB内部功耗越大、散热通道越拥挤，整体热量就会急剧上升，长期工作时易产生PCB电气性能下降甚至损毁。因此，解决PCB的散热问题尤为重要。

目前解决PCB的散热问题有多种设计方案，如高导热材料设计、厚铜基板、金属基板、密集散热孔设计、埋嵌铜块设计等。相对而言，直接在PCB内埋嵌金属铜块，是解决散热问题的有效途径之一。埋嵌铜块是将小块高导热金属铜以无源器件埋置的方式集成在多层PCB局部区域，有针对性的解决PCB局部散热的问题。但在压合的过程中，部分埋铜块会在槽孔内移动，造成铜块周边出现填胶不良而产生溢胶过度或空洞的问题，以及铜块与基材结合力不足等品质缺陷。

本案例将从使用半固化片（PP）的类型及压合排板等出发,对埋铜块周围裂缝进行改善试验及分析,提升埋铜块产品的可靠性，分析其制作难点及管控做了详细阐述。

1 问题描述及切片分析

我公司生产一款5G用埋铜块PCB，成品在做可靠性测试后，发现铜块周围有裂缝产生（见图1所示）。对不良品进行切片分析，铜块周围填胶不足，导致凹陷电镀时面铜偏薄，经过高温冲击，产生裂纹。

图1 铜块周围裂纹

2 产品信息

2.1 产品叠构

产品为埋铜块12层多层板，剖面结构如图2所示。

图2 产品叠构示意图

2.2 工艺流程

该PCB加工流程如图3所示。

3 原因分析

3.1 状况

在T型铜块周围放置无纺布半固化片（PP），依靠半固化片流胶来填充缝隙，利用树脂保证缝隙填胶充分，如图4中理想状况。

而实际状况有裂缝面次都是出现在L1面，对缺陷位置切片分析，发现铜块周围填胶不足有空洞，如图4中实际状况。虽然使用生益科技SP175M的超高RC（树脂含量）半固化片，RC89%按照空间体积计算填胶足够；由于面次都是出现在L1面，铜块周围缝隙深度偏深、缝隙偏大，导致半固化片无法填足。

3.2 分析

3.2.1 铜块和盲槽尺寸分析

测量盲槽尺寸和铜块尺寸，如图5。盲槽尺寸公差控制在±0.075 mm以内，铜块尺寸控制在±0.025 mm。铜块和盲槽尺寸测量结果见表1所示。

3.2.2 半固化片SP175M介绍

SP175M是属于特殊使用功能的半固化片（RC 89%、厚度0.15 mm），采用无纺布+环氧树脂的方案，含胶量非常高，目前主要用于内层厚铜（≥140 μm）多层板、及内层铜基 PCB 板以及需高填胶 PCB 产品应用领域,我们借用其特殊功能来填充铜块周围的缝隙。

图3 产品工艺流程图

图4 压合后状况

图5 尺寸测量位置图

表1 铜块和盲槽尺寸测量结果

我们对比传统的FR4和SP175M的流动性，采用同一种压合参数，测量其流胶量，发现SP175M的流胶量是普通半固化片的1倍，结果如表2所示。

表2 流胶量测量结果

综上所述，使用SP175M来填充铜块周围额裂缝，是一个非常不错的选择，但是目前实际产品仍旧存在填充不足的问题，需要采用其他附加方案。

3.3 改善方案

T型铜块周围放置无纺布半固化片，仅仅依靠半固化片来填充缝隙，虽然SP175M填充能力非常强，但是铜块周围缝隙深度偏深、缝隙偏大，导致半固化片填充能力受到限制，无法保证缝隙填胶充分，增加外界填充半固化片，多方位立体填胶，保证缝隙填胶充足，原理如图6。

图6 半固化片填胶原理图

方案实施步骤如下。

（1）将预先做好的治具和板铆合在一起。

（2）将SP175M的半固化片圈套在T型铜块上面，放入盲槽里面。

（3）钢板上面放置离型膜和半固化片，将放好铜块的板放在半固化片上面，盖上隔离铜箔；

（4）进入压机压合。

3.4 改善效果

使用新的方案后，表面没有裂缝，切片表现很好，填胶充分，无空洞、裂缝问题。

图7 改善后切片图

4 结论

采用无纺布+环氧树脂的半固化片填充方案，含胶量非常高，我们借用其特殊功能来填充铜块周围的缝隙，效果明显，如果铜块周围缝隙深度偏深、缝隙偏大，导致半固化片填充能力到了极限范围，无法保证缝隙填胶充分，在盲槽和铜块的缝隙位置，增加一个开槽的治具，让外界填充半固化片，多方位立体填胶，保证缝隙填胶充足。这个方案可以平行展开，针对厚铜、盲孔填胶、纵横比大的类型板，如果需要填胶，可以参考这种方案。