前言

    隨著電子系統(tǒng)集成化程度的不斷提升，大容量數(shù)據(jù)的傳輸和處理也向著高頻化、高速化發(fā)展，使得電子產(chǎn)品不斷向著高密度、多功能化方向發(fā)展。這些導(dǎo)致單位面積或體積功率的不斷攀升而產(chǎn)生大量的熱量，使得單位體積的熱流密度急劇增加，高密度集成等使得散熱空間縮小，散熱通道擁擠或者堵塞，長(zhǎng)時(shí)間的高熱或者頻繁地高低溫循環(huán)，不僅導(dǎo)致產(chǎn)品老化、結(jié)構(gòu)變形和器件過熱損壞等物理性能方面的問題，更是對(duì)產(chǎn)品的熱可靠性和信號(hào)傳輸保真度等產(chǎn)生過熱失效。如何將產(chǎn)品溫度保持在滿足產(chǎn)品可靠性的規(guī)定范圍，是電子產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)需要考慮的重點(diǎn)問題。目前的電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)一般劃分為系統(tǒng)級(jí)熱設(shè)計(jì)、板級(jí)熱設(shè)計(jì)和封裝級(jí)熱設(shè)計(jì)三個(gè)層次，分別對(duì)應(yīng)設(shè)備框架、PCB產(chǎn)品和元器件三個(gè)層級(jí)。作為PCB產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上對(duì)電子設(shè)備散熱的改善，常見的PCB產(chǎn)品設(shè)計(jì)散熱優(yōu)化主要有埋銅塊、金屬基板等，本文主要講述的是一種采用嵌入式金屬基散熱的PCB產(chǎn)品的制造實(shí)現(xiàn)方案。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析

    公司某客戶設(shè)計(jì)的某款嵌入式PCB產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)如圖1所示。產(chǎn)品整體由鋁板和PCB板組成，PCB嵌入到鋁板凹臺(tái)面中采用導(dǎo)電膠進(jìn)行貼合，鋁板在傳輸、分散產(chǎn)品運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的高熱的效果的同時(shí)也是集成器件貼裝的平臺(tái)。

產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)主要難點(diǎn)分析 

2.1 導(dǎo)電膠溢膠

    導(dǎo)電膠較高的升溫速率要求和較大的壓合壓力，使得導(dǎo)電膠有著較大的流動(dòng)度，極易溢膠上PCB邦定焊盤、通過通孔上PCB板面以及通過槽邊溢上鋁板器件貼裝平臺(tái)。因?qū)щ娔z具有導(dǎo)電性，任何部位的溢膠均有可能導(dǎo)致產(chǎn)品電測(cè)短路，造成產(chǎn)品性能失效。如何設(shè)定導(dǎo)電膠的壓合程序，使得其符合產(chǎn)品溢膠管控標(biāo)準(zhǔn)，且壓合不產(chǎn)生分層、爆板等性能缺陷？（表1）

 2.2 壓合分層

    由于PCB板內(nèi)嵌到鋁板凹臺(tái)面上，同時(shí)鋁板板角存在兩個(gè)銷釘，使得壓合時(shí)PCB板壓合存在失壓風(fēng)險(xiǎn)。如何設(shè)計(jì)壓合疊層結(jié)構(gòu)，避免PCB板與導(dǎo)電膠壓合時(shí)失壓。

策劃及執(zhí)行效果

 3.1 首次產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)策劃及執(zhí)行

• 3.1.1 策劃方案

    針對(duì)產(chǎn)品特點(diǎn)，主要考慮改善導(dǎo)電膠外形設(shè)計(jì)和層壓壓合程式的受力、壓合時(shí)間等（表2）。

• 3.1.2 策劃執(zhí)行結(jié)果

    根據(jù)產(chǎn)品策劃方案，綜合產(chǎn)品質(zhì)量影響因子，進(jìn)行組合生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證。首批生產(chǎn)試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不論如何降低壓力和內(nèi)縮導(dǎo)電膠外形變均無法完全保證無溢膠缺陷，電測(cè)無法合格。但在圖2壓合程序下生產(chǎn)，可確保產(chǎn)品回流測(cè)試無分層缺陷。

• 3.1.3 生產(chǎn)總結(jié)分析

    根據(jù)前期生產(chǎn)試驗(yàn)效果，分析過程設(shè)計(jì)和結(jié)果逆推，發(fā)現(xiàn)有以下幾點(diǎn)需要改善。

    （1）尋求更小膠厚的導(dǎo)電膠。前期采用0.1 mm膠厚的導(dǎo)電膠含膠量過大，在PCB板厚僅為0.2 mm時(shí)，溢膠上焊盤和外形邊無法避免，需尋找更小厚度的導(dǎo)電膠進(jìn)行試驗(yàn)。

    （2）更改產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案，改通孔為盲孔設(shè)計(jì)，取消產(chǎn)品銷釘。前期PCB內(nèi)的通孔無阻膠作用，導(dǎo)電膠在壓合時(shí)，在流膠無阻滯時(shí)會(huì)溢上孔口，較大的含膠量使得其流膠更多，從而蔓延至PCB線路上，致使電測(cè)短路，故更改產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案。

    （3）繼續(xù)改善壓合程式。前期壓合程式雖無法完全解決溢膠，但在改善壓力和壓合時(shí)間等的設(shè)計(jì)后，可保證壓合成品無分層缺陷，后續(xù)在保證無分層條件下，繼續(xù)減小壓合壓力。

    （4）改善輔料配套設(shè)計(jì)。前期輔料設(shè)計(jì)主要是為了確保PCB板壓合受力，避免僅有銷釘受壓的情況?，F(xiàn)設(shè)計(jì)蓋板對(duì)覆型硅膠進(jìn)行限制和配壓，減小PCB壓合受力，避免溢膠。

 3.2 二次產(chǎn)品開發(fā)過程

• 3.2.1 第二次試驗(yàn)方案

    根據(jù)3.1.3中的分析，我們尋找到目前已開發(fā)的產(chǎn)品中最小膠厚為0.05 mm的導(dǎo)電膠，考慮前期設(shè)計(jì)和生產(chǎn)效果，設(shè)計(jì)出試驗(yàn)方案。

• 3.2.2 策劃方案執(zhí)行效果

    根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐和產(chǎn)品結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，采用0.05 mm膠厚導(dǎo)電膠，按策劃方案執(zhí)行，盲孔方案板在板面無溢膠，但在PCB板外形邊仍然存在溢膠，且無法完全避免。部分產(chǎn)品目視無溢膠，但在50倍放大鏡檢測(cè)下仍然可以溢膠。但回流測(cè)試未見分層。

• 3.2.3 第三次優(yōu)化及效果

    根據(jù)前期開發(fā)，已基本確認(rèn)壓合程式設(shè)定和輔料配套，若繼續(xù)減少導(dǎo)電膠的含膠量即可確保產(chǎn)品開發(fā)。第三次優(yōu)化設(shè)計(jì)為：

    （1）導(dǎo)電膠內(nèi)縮1.0 mm，壓合程式給定壓力為50 N/cm2；

    （2）在導(dǎo)電膠內(nèi)增加小孔開窗，采用物理加工的方法減少導(dǎo)電膠，達(dá)到減小膠量的目的。按上述方案執(zhí)行，成品效果如圖3，客戶要求的所有溢膠控制區(qū)域內(nèi)均無溢膠缺陷，經(jīng)回流測(cè)試和電性能測(cè)試均未見質(zhì)量和性能缺陷。同時(shí)，產(chǎn)品也在客戶端通過驗(yàn)證。

• 3.3 產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)方案小結(jié)

    綜合前述試驗(yàn)策劃方案和生產(chǎn)實(shí)際效果驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)此嵌入式PCB的最佳生產(chǎn)方案。

結(jié)語(yǔ)

    在開發(fā)此嵌入式散熱PCB的過程中，主要面對(duì)的問題就是產(chǎn)品溢膠缺陷和分層缺陷。為成功開發(fā)新產(chǎn)品和滿足客戶端需求，我們從生產(chǎn)物料、生產(chǎn)工藝和輔料配套等方面進(jìn)行適當(dāng)?shù)母暮筒粩嗟貎?yōu)化，最終成功開發(fā)出新的產(chǎn)品。作為PCB制造行業(yè)的從業(yè)人員，關(guān)注PCB發(fā)展方向和應(yīng)用領(lǐng)域，關(guān)注新產(chǎn)品的流程開發(fā)，積累不同的實(shí)現(xiàn)方法和技術(shù)設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)和了解更多新材料的知識(shí)，是實(shí)現(xiàn)制造滿足設(shè)計(jì)需求、提升時(shí)代發(fā)展速度的必然要求。所以，我們?cè)敢庾畲蟪潭鹊呐c大家分享我公司最新的技術(shù)開發(fā)成果，促進(jìn)技術(shù)交流。