埋嵌铜块印制电路板的设计和关键工序的制造方法

引言：埋嵌铜板pcb电路板具备高传热性、高排热性和节约表面室内空间等特性，能有效的处理功率大的电子器件电子器件的导热问题。文中从埋嵌铜板设计方案、层叠构造、重要生产工艺流程、商品有关检验和稳定性等层面科学研究与剖析，明确提出了埋嵌铜板pcb电路板的制定和重要工艺流程的生产制造方式。

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导言

伴随着电子器件商品容积愈来愈小，pcb电路板（PCB）的大小也不停的变小，路线设计方案愈来愈聚集化。因为电子器件的功率提升，PCB的制热量过大，进而影响到了电子器件的使用期限、衰老乃至电子器件无效等。先前某著名手机上充电电池爆炸事故让设计师和生产商提升了当心，手机上內部要预埋一定的室内空间，而且在手机散热上也需要兼具无线快速充电技术电磁线圈电池充电时的导热问题。此事情再度证实，电子设备热管理方法的迫切性。根据新一代信息科技、环保节能与新能源车、电力工程武器装备等方面的发展趋势，排热问题的处理刻不容缓。现阶段处理PCB排热问题有很多方式，如聚集排热孔设计方案、厚铜泊路线、金属材料基（芯）板结构、埋嵌铜板设计方案、铜基凸模设计方案、高导热材料等。立即在PCB内埋嵌金属材料铜板，是处理排热问题的重要途径之一。但目前加工工艺存有铜板与基材结合性不够、耐温性差、漏胶难消除、良品率劣等问题，限定了埋嵌铜板PCB科技成果的使用和营销推广，因而目前技术性尚需进一步科学研究和提升。

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试验一部分

伴随着排热基材的技术性进一步提高与销售市场飞速发展趋势，排热基材在基家具板材料和产品构造层面，展现出技术性转型与自主创新的风潮。主要表现在：（1）选用高传热基材原材料，如太阳能电池片原材料、铜基材原材料、金属复合材料、陶瓷基板原材料等；（2）在产品构造上的更改，如厚铜泊基材、金属材料基（芯）板、埋嵌铜块板、陶瓷基板、铜基凸台面、铜导电性柱，及其PCB与散热器一体构造等商品新式构造。

埋嵌铜板PCB排热技术性，是将铜板埋嵌到FR4基材或高频率混压基材，铜的传热系数远高于PCB物质层，电力电子器件造成的发热量可以根据铜板合理传输至PCB和根据热管散热器释放。承受铜板的PCB可以设计方案成实木多层板，基材原材料依据产品设计必须采用FR4（环氧树脂胶）原材料或高频率混压原材料。埋铜板设计方案关键分成两类：第一类是铜板半埋型，取名为“埋铜板”；第二类是铜板围绕型，取名为“嵌铜板”。埋进铜板薄厚低于零件总薄厚，铜板一面与最底层平齐，另一面与里层的某一面平齐，如下图1（铜板半埋型）所显示。埋进的铜板薄厚与零件总薄厚贴近或非常，铜板围绕高层，如下图2（铜板围绕型）所显示，此类设计方案铜板有埋台阶铜板和埋直铜板，埋台阶铜板如下图3所显示。

微波加热PCB排热问题一直是电子产业比较关心的问题之一，怎样减少RF（微波射频）层介厚、降低铜泊外表粗糙度的与此同时，减少排热方法和热值，关键方式是根据技术性提升微波加热基材传热系数、聚集排热孔或部分镀厚铜或微波加热家具板材地质构造厚铜化、部分埋嵌排热铜板。致力于目前完善微波加热家具板材，通常选用后二者方案设计。

层叠构造

埋嵌铜板PCB从压合层叠构造上可以归纳为二大类：第一类是在FR4（环氧树脂胶）原材料三层或以上实木多层板构造内埋嵌铜板（如下图4）；第二类是在FR4细木工板与高频率原材料混压实木多层板构造内埋嵌铜板（如下图5）。

在FR4细木工板和半干固片的埋铜地区铣出埋铜槽，随后将铜板棕化后压合制做，使铜板与FR4细木工板组成在一起。高频率原材料部分混压嵌埋铜板PCB的生产方式，最先是在里层细木工板和半干固片埋铜板混压地区铣出埋铜槽、部分混压槽，随后叠合和热融，铜板置入槽体，再开展压合，使铜板与FR4基材、高频率基材混压在一起，完成排热作用。

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埋嵌铜板生产制造加工工艺

（1）铜板与板（或混压区）的铣槽规格配对性：铜板置放在铣槽中，铜板太松或过紧的危害压合填胶品质和结合性。

（2）铜板与板（或混压区）的平面度操纵：压合时，铜板与FR-4细木工板（或混压区）的平面度无法操纵，需保证铜板与板的平面度操纵在±0.075 mm之内。

（3）铜板上的胶渍无法消除：压合时从铜板与板间隙外溢的环氧树脂流至铜板上的胶渍无法消除，危害商品稳定性。

（4）铜板与板（或混压区）的稳定性：压合时铜板与FR-4细木工板（或混压区）存有一定的髙度差，非常容易造成铜板与板的相接处填胶不够、裂缝、裂痕、分层次等问题。

2.2 生产流程

2.2.1 埋嵌铜板实木多层板生产流程

切料（铜板、FR4基材、半干固片）→里层路线→里层AOI →OPE冲孔机 →里层细木工板及半干固片铣槽→ 棕化→铆合→ 压合（置放铜板）→ 削漏胶（磨板）→ 铣盲槽（控深铣床）→机械设备打孔（含钻埋孔）→有机化学电镀铜→板电 →表层路线→图型保护→表层蚀刻加工→表层AOI→ 防焊 →文本→ 成形 →电测 →有机化学电镀锡→品质检验

2.2.2 埋嵌铜板高频率混销钉生产流程

切料（铜板、FR-4基材、高频率基材、半干固片）→里层路线（含高频率板）→里层AOI→OPE冲孔机→里层细木工板及半干固片铣槽 → 棕化→铆合→ 压合（置放铜板）→ 削漏胶（磨板）→ 机械设备打孔（含钻埋孔）→有机化学电镀铜→板电→ 表层路线→图型保护→表层蚀刻加工→表层AOI → 防焊 →文本→成形铣槽 →化学镍/金→成形→电测 →品质检验

2.3 生产制造核心技术及控制方法

2.3.1 铜板成形

铜板成形关键有三种方式：第一种是根据专用型铣床立即铣出所需规格的铜板，但必须配置金属材料基材铣床、专用型车刀，成本费较高；第二种是根据铣床二次生产加工，具备控深铣功用的铣床，应用钻尖形的双刃车刀先粗铣一遍，再精铣一遍，但需配置控深铣功用的铣床、专用型车刀，成本费较高；第三种是采用冲压机冲切，尽管生产制造高效率，但模具生产成本增加，生产制造灵敏性差，不适宜样本或小大批量生产。为化解以上问题，研制开发出图型蚀刻加工和车床加工加工工艺，先向铜板图型迁移，随后根据蚀刻机蚀刻加工出铜板外观设计，再用基本车刀、铣床对铜板外观设计开展二次生产加工，因而生产率较高、产品成本相对性较低。

2.3.2 里层细木工板和半干固片铣槽

依据叠合构造，对里层细木工板和半干固片铣内槽，实验結果（如表1）。结果显示对里层细木工板和半干固片先铣内槽，再铆合，其质量稳定性高。

2.3.3 铜板压合

铜板压合前，首先要对铜板开展水准棕化解决，并应用棕化辅助软件（如雪纺托板），避免铜板规格过小造成设备卡板或落入主缸，保证铜板的微蚀实际效果。为提升铜板与板（或混压区）的平面度和稳定性，除需考虑到铜板薄厚与板厚中间的配对性，还需要采用pet保护膜、铝块、减震胶垫等适宜的缓存原材料，压合排版设计次序（如下图6）。层叠产品结构设计进一步提升，采用高环氧树脂成分的半干固片，设置埋铜板PCB的专用型压合程序，使环氧树脂充足添充和原材料彻底干固，保证压合后的热稳定性和绝缘性能。

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商品有关检验和可靠性测试

3.1 商品有关检验

商品有关检验結果（如表2），商品切成片实际效果（如下图7~图10）。

3.2 内应力

3.2.1 参照规范

IPC-TM-650，2.6.8镀覆孔的内应力实验；IPC-6012C刚度印制电路板的评定及特性标准。

3.2.2 实验方式

烤制标准：121 ℃~149 ℃，最少6 h；内应力实验标准：288 ℃±5 ℃，10 s，3次。实验后试品的判断：铜板与板的间隙无裂缝、缝隙、分层次等状况。

3.2.3 实验結果

试品按以上实验技术检测后，铜板与板的间隙无裂缝、缝隙、分层次等状况，耐温性优良（如下图11）。

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总结

伴随着新一代信息科技、环保节能与新能源车、电力工程武器装备、航天航空等方面的发展趋势，排热问题的处理刻不容缓。埋嵌铜板印制电路板具备高导电性和高排热性，在特定主要用途里能合理处理功率大的电子元件的导热问题。文中从埋嵌铜板设计方案、层叠构造、重要生产工艺流程、商品有关检验和稳定性等领域开展分析与剖析，明确提出了埋嵌铜板印制电路板的制定和重要工艺流程的生产制造方式，为PCB技术性研发人员作为参照。

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