埋嵌铜块本质上是在PCB局部区域加入一个高导热金属块。理想情况下,它能为功率器件提供高效散热通道,但在实际生产中,部分板子会出现翘曲甚至失效的情况。这背后,往往与材料、工艺控制以及设计本身密切相关。
原因一:热膨胀系数不匹配
铜块的热膨胀系数(CTE)远低于常用基材(如FR4)。在热压或后续回流焊过程中,铜块和基材的膨胀收缩不同步,会在局部产生应力。随着板子冷却,这种应力无法完全释放,就可能表现为整体翘板。尤其在铜块面积较大或分布不均时,风险更高。
原因二:压合与树脂流动不足
埋铜块通常需要在基板中开槽,再通过树脂填充和多层压合工艺固定。如果压合时树脂流动不足,铜块和板材之间会产生微小空隙,导致结合力不足。在后续热循环中,这些界面应力会被放大,最终造成板面翘曲或分层。
原因三:铜块厚度与分布设计不合理
铜块过厚,会让局部区域的刚性与周边差距过大,形成应力集中。
铜块分布不对称(只在板的一侧嵌入),会让板材受热或受压时出现“单边牵引”,造成翘曲。
因此,埋铜块设计不仅要考虑散热效率,也要兼顾板材的整体平衡。
原因四:后续工艺温度影响
即使前期压合良好,后续回流焊和波峰焊过程中的高温也可能触发翘板。原因在于:焊接时铜块区域升温慢、降温快,与周围FR4产生热梯度差,反复循环后板材会产生永久形变。
如何降低翘板风险?
材料匹配:选用高Tg、低CTE的基材,缩小与铜块之间的膨胀差。
设计平衡:尽量保证铜块对称分布,避免板材单侧应力过大。
合理厚度:铜块厚度应与板厚匹配,避免过度破坏基板结构。
工艺优化:控制压合参数,确保树脂完全填充,减少界面空隙。
热应力验证:在试产阶段通过冷热循环测试提前发现潜在翘曲隐患。
翘板并不是埋嵌铜块“必然”的结果,而是设计、材料与工艺之间没有平衡好的表现。理解其机理,就能在前期规避大多数风险。