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電子設(shè)備功率密度持續(xù)攀升的今天，整板使用厚銅層常面臨成本高、工藝復(fù)雜的問題。局部厚銅設(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)而生——它只在芯片底部、電源模塊周邊等熱關(guān)鍵區(qū)域增加銅厚（通常3-8盎司），既保留散熱優(yōu)勢，又避免材料浪費(fèi)。這種設(shè)計(jì)就像在電路板上“精準(zhǔn)植入散熱鎧甲”，讓熱量通過加厚的銅層快速導(dǎo)出，防止局部高溫引發(fā)失效。

一、局部厚銅設(shè)計(jì)的核心價(jià)值

1. 解決“熱島效應(yīng)”的利器
   高功率器件如MOSFET、IGBT工作時(shí)，芯片下方溫度常比周圍區(qū)域高30℃以上。局部加厚銅層（如從2盎司增至6盎司）可使該區(qū)域熱阻降低40%以上，熱量橫向擴(kuò)散速度提升2倍。某電動(dòng)汽車控制器案例中，局部厚銅設(shè)計(jì)使MOSFET結(jié)溫從112℃降至89℃，壽命延長3倍。

2. 成本與性能的平衡點(diǎn)
   相比整板厚銅，局部設(shè)計(jì)節(jié)省銅材用量30%-50%，降低蝕刻難度。例如，僅在高功率芯片下方設(shè)置10×10mm2的6盎司銅塊，制造成本比整板6盎司方案低62%。

二、三大關(guān)鍵設(shè)計(jì)規(guī)范

1. 熱源匹配：給發(fā)熱大戶“定制鎧甲”
   設(shè)計(jì)人員需根據(jù)熱源形狀精確規(guī)劃銅層邊界。例如：

• 矩形芯片：銅層邊緣超出芯片外緣至少3mm，避免熱量在邊界堆積；

• 多引腳模塊：銅層需避開信號引腳，通過熱過孔連接底層散熱區(qū)。
  某服務(wù)器電源模塊中，局部銅層超出GPU芯片邊緣5mm，使散熱面積增加40%，芯片溫差縮小至8℃。

2. 階梯過渡：緩解材料“拉扯”問題
   銅厚突變區(qū)域易因熱膨脹系數(shù)差異（銅17ppm/℃ vs FR4基板13-50ppm/℃）產(chǎn)生應(yīng)力裂紋。優(yōu)化方案包括：

• 梯度過渡區(qū)：在厚銅區(qū)與薄銅區(qū)之間設(shè)置寬度≥2mm的斜坡銅層（如6oz→4oz→2oz）；

• 緩沖開槽：在過渡帶加工0.2mm寬環(huán)形槽，填充柔性硅膠吸收應(yīng)力。
  實(shí)測表明，斜坡過渡設(shè)計(jì)可使熱循環(huán)壽命提升至2000次以上。

3. 散熱強(qiáng)化：構(gòu)建立體導(dǎo)熱帶
   局部厚銅需結(jié)合輔助散熱結(jié)構(gòu)：

• 微孔陣列：在芯片底部打0.3mm孔徑熱孔，密度≥50孔/cm2，導(dǎo)熱效率提升40%；

• 銅基島：高功率區(qū)采用分層銅結(jié)構(gòu)（核心區(qū)4oz銅層+過渡區(qū)2oz銅層），搭配導(dǎo)熱膠填充隔離帶；

• 強(qiáng)制風(fēng)冷接口：厚銅區(qū)域預(yù)留散熱鰭片安裝孔，方便加裝主動(dòng)散熱器。

三、典型場景應(yīng)用

1. 電動(dòng)汽車電機(jī)控制器
   在IGBT模塊下方設(shè)置局部8盎司銅層，配合底部水冷板：

• 銅層開窗露出基板，直接焊接水冷板銅管；

• 過渡區(qū)填充5W/(m·K)導(dǎo)熱硅膠緩沖振動(dòng)應(yīng)力。
  該方案使峰值工作溫度穩(wěn)定在95℃以下，滿足車規(guī)級耐久要求。

2. 5G基站功率放大器
   射頻芯片局部厚銅設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

• 采用蜂窩狀銅層（六邊形網(wǎng)格），比矩形布局增加15%有效散熱面積；

• 銅層表面沉鎳金處理，降低高頻信號損耗。
  實(shí)測顯示，蜂窩設(shè)計(jì)使功放溫度比傳統(tǒng)布局低12℃，信號失真率下降30%。

3. 工業(yè)變頻器模塊
   針對MOSFET陣列的局部厚銅方案：

• 每顆MOSFET設(shè)置獨(dú)立銅島，避免熱耦合；

• 銅島之間用2mm寬絕緣槽分隔，填充氧化鋁導(dǎo)熱膠。
  此設(shè)計(jì)使模塊功率密度提升至50W/cm3，同時(shí)保持熱點(diǎn)溫差<15℃。

四、設(shè)計(jì)驗(yàn)證與制造落地

1. 仿真驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)迭代
   使用ANSYS Icepak進(jìn)行多物理場驗(yàn)證：

• 在模型中標(biāo)注局部厚銅區(qū)導(dǎo)熱路徑；

• 識別銅層邊緣＞5℃/mm的熱梯度突變區(qū)；

• 調(diào)整過渡帶寬度直至應(yīng)力值＜15MPa。某儲能逆變器經(jīng)3輪仿真優(yōu)化，銅層應(yīng)力風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)減少90%。

2. 制造工藝關(guān)鍵控制點(diǎn)
   與PCB廠商協(xié)同確保設(shè)計(jì)可行：

• 蝕刻補(bǔ)償：6oz銅厚區(qū)域線寬需增加0.4mm，防止側(cè)蝕導(dǎo)致短路；

• 層壓參數(shù)：局部厚銅區(qū)壓合溫度降低10℃，避免樹脂流動(dòng)不均；

• 表面處理：厚銅區(qū)域優(yōu)先選擇沉金工藝，增強(qiáng)焊接可靠性。