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，長時間的高熱或者頻繁地高低溫循環(huán)，不僅導致產(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，更是對產(chǎn)品的熱可靠性和信號傳輸保真度等產(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)品熱設計需要考慮的重點問題。目前的電子設備熱設計一般劃分為系統(tǒng)級熱設計、板級熱設計和封裝級熱設計三個層次，分別對應設備框架、PCB產(chǎn)品和元器件三個層級。作為PCB產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計上對電子設備散熱的改善，常見的PCB產(chǎn)品設計散熱優(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)品的制造實現(xiàn)方案。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析

    公司某客戶設計的某款嵌入式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嵌入到鋁板凹臺面中采用導電膠進行貼合，鋁板在傳輸、分散產(chǎn)品運行時產(chǎn)生的高熱的效果的同時也是集成器件貼裝的平臺。

產(chǎn)品實現(xiàn)主要難點分析 

2.1 導電膠溢膠

    導電膠較高的升溫速率要求和較大的壓合壓力，使得導電膠有著較大的流動度，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。因?qū)щ娔z具有導電性，任何部位的溢膠均有可能導致產(chǎn)品電測短路，造成產(chǎn)品性能失效。如何設定導電膠的壓合程序，使得其符合產(chǎn)品溢膠管控標準，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)嵌到鋁板凹臺面上，同時鋁板板角存在兩個銷釘，使得壓合時PCB板壓合存在失壓風險。如何設計壓合疊層結(jié)構(gòu)，避免PCB板與導電膠壓合時失壓。

策劃及執(zhí)行效果

 3.1 首次產(chǎn)品實現(xiàn)策劃及執(zhí)行

• 3.1.1 策劃方案

    針對產(chǎn)品特點，主要考慮改善導電膠外形設計和層壓壓合程式的受力、壓合時間等（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，進行組合生產(chǎn)實踐驗證。首批生產(chǎn)試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不論如何降低壓力和內(nèi)縮導電膠外形變均無法完全保證無溢膠缺陷，電測無法合格。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)試驗效果，分析過程設計和結(jié)果逆推，發(fā)現(xiàn)有以下幾點需要改善。

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

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

    （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間等的設計后，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）改善輔料配套設計。前期輔料設計主要是為了確保PCB板壓合受力，避免僅有銷釘受壓的情況。現(xiàn)設計蓋板對覆型硅膠進行限制和配壓，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的導電膠，考慮前期設計和生產(chǎn)效果，設計出試驗方案。

• 3.2.2 策劃方案執(zhí)行效果

    根據(jù)生產(chǎn)實踐和產(chǎn)品結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，采用0.05 mm膠厚導電膠，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倍放大鏡檢測下仍然可以溢膠。但回流測試未見分層。

• 3.2.3 第三次優(yōu)化及效果

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

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

    （2）在導電膠內(nèi)增加小孔開窗，采用物理加工的方法減少導電膠，達到減小膠量的目的。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)回流測試和電性能測試均未見質(zhì)量和性能缺陷。同時，產(chǎn)品也在客戶端通過驗證。

• 3.3 產(chǎn)品實現(xiàn)方案小結(jié)

    綜合前述試驗策劃方案和生產(chǎn)實際效果驗證，實現(xiàn)此嵌入式PCB的最佳生產(chǎn)方案。

結(jié)語

    在開發(fā)此嵌入式散熱PCB的過程中，主要面對的問題就是產(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行適當?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，關注PCB發(fā)展方向和應用領域，關注新產(chǎn)品的流程開發(fā)，積累不同的實現(xiàn)方法和技術設計，學習和了解更多新材料的知識，是實現(xiàn)制造滿足設計需求、提升時代發(fā)展速度的必然要求。所以，我們愿意最大程度的與大家分享我公司最新的技術開發(fā)成果，促進技術交流。