埋嵌铜块板简介

埋嵌铜块: 是指将铜块埋嵌到FR4基板或高频混压基板中。

基于新一代信息技术、节能与新能源汽车、电力装备等领域的发展，散热问题的解决迫在眉睫。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。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。

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。埋嵌铜块印制电路板具有高导热性、高散热性和节省板面空间等特点，能有效解决大功率电子元器件的散热问题。

埋嵌铜块的制造难点

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、产品合格率低等问题，限制了埋嵌铜块PCB技术成果的应用和推广。

本次培训将从埋嵌铜块设计、叠层结构、关键生产工艺、产品相关检测和可靠性等方面讲解与分析，系统阐述埋嵌铜块印制电路板的设计和关键工序的制造方法。

埋嵌铜块设计

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，如图1（铜块半埋型）所示。埋入的铜块厚度与板件总厚度接近或相当，铜块贯穿顶层，如图2（铜块贯穿型）所示，此种设计铜块有埋阶梯铜块和埋直铜块。

埋嵌铜块叠构

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）材料两层或以上多层板结构内埋嵌铜块（如图4）；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（如图5）。

在FR4芯板和半固化片的埋铜区域锣出埋铜槽，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锣出埋铜槽，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。

埋嵌铜块制造工艺关键点

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

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。

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，影响产品可靠性。

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。

埋嵌铜块工艺流程

埋嵌铜块（FR4板材）多层板工艺流程：

开料（铜块、FR4基板、半固化片）→内层线路→内层AOI →内层芯板及半固化片锣槽→棕化→铆合→压合（放置铜块）→除溢胶（磨板）→锣盲槽（控深锣床）→机械钻孔（含钻盲孔）→沉铜→板电→外层线路→图形电镀→外层蚀刻→外层AOI→防焊→文字→成型→电测→化锡→成品检验

埋嵌铜块高频混压板工艺流程：

开料（铜块、FR-4基板、高频基板、半固化片）→内层线路（含高频板）→内层AOI→内层芯板及半固化片锣槽 → 棕化→铆合→压合（放置铜块）→除溢胶（磨板）→机械钻孔（含钻盲孔）→沉铜→板电→外层线路→图形电镀→外层蚀刻→外层AOI→防焊→文字→化金→成型→电测→成品检验

关键技术-铜块成型

铜块成型主要有三种方法：第一种是通过专用锣床直接锣出所需尺寸的铜块，但需要配备金属基板锣床、专用锣刀，成本较高；第二种是通过锣床二次加工，具有控深锣功能的锣床，使用钻尖形的双刃锣刀先粗锣一遍，再精锣一遍，但需配备控深锣功能的锣床、专用锣刀，成本较高；第三种是使用冲床冲切，虽然生产效率高，但模具制作成本高，生产灵活性差，不适合样板或小批量生产。

为解决以上问题，部分公司研制出图形蚀刻和锣床加工工艺，先对铜块图形转移，然后通过蚀刻机蚀刻出铜块外形，再用常规锣刀、锣床对铜块外形进行二次加工，因此生产效率较高、生产成本相对较低。

关键技术-芯板和半固化片锣槽

根据压合叠构，对内层芯板和半固化片锣内槽，我们按如下两种方案做测试，试验结果（如表1）。结果表明对内层芯板和半固化片先锣内槽，再铆合，其品质可靠性高。

铜块压合前，先要对铜块进行水平棕化处理，并使用棕化辅助工具（如网纱拖板），防止铜块尺寸过小导致机器卡板或掉入缸内，确保铜块的微蚀效果。为提高铜块与板（或混压区）的平整度和可靠性，除需考虑铜块厚度与板厚之间的匹配性，还要选用离型膜、铝片、缓冲垫等合适的缓冲材料，压合排版顺序（如图6）。叠层结构设计进一步优化，选用高树脂含量的半固化片（或LOW FLOW PP），设定埋铜块PCB的专用压合程式，使树脂充分填充和材料完全固化，确保压合后的耐热性和绝缘性。

埋嵌铜块-产品相关检测

埋嵌铜块-可靠性测试

IPC-TM-650，2.6.8镀覆孔的热应力试验；IPC-6012C刚性印制板的鉴定及性能规范。

烘烤条件：121 ℃~149 ℃，至少6 h；热应力试验条件：288 ℃±5 ℃，10 s，3次。试验后样品的判定：铜块与板的缝隙无空洞、裂缝、分层等现象。