一、分层风险的成因

（一）热膨胀系数失配

铜箔（CTE≈17ppm/℃）与 FR-4 基材（CTE≈13ppm/℃）的热膨胀系数存在差异，这使得在温度骤变时，两者在 Z 轴方向会产生剪切应力。当铜厚达到 5oz 时，Z 轴应力峰值可达 18MPa，而常规环氧树脂的粘结强度仅为 15MPa，这容易导致分层失效。例如，在厚铜板经受多次高温焊接过程时，铜层与基材界面的热应力不断累积，当超过粘结强度极限时，就会引发分层。

（二）树脂填充不足

在厚铜板层压过程中，铜箔突起部位容易形成局部欠压区，导致树脂填充不充分。实测数据显示，铜厚 4oz 的 PCB 在 0.5mm 线距区域，树脂填充率仅为 68%，而行业标准要求需≥85%。树脂填充不足会使得铜层与基材之间的粘结力减弱，从而增加了分层的可能性。比如在一些高铜厚、高密度布线的厚铜板设计中，若不采取有效的树脂填充优化措施，就容易出现分层问题。

（三）界面污染残留

棕化处理后的铜面若残留硫化物（＞200μg/cm2），会显著降低铜-树脂结合力，降幅可达 30% 以上。即使在正常的工艺条件下，残留的污染物也会在热冲击过程中影响铜层与基材的粘结性能，进而导致分层。例如，当厚铜板经过化学处理后，如果清洗不彻底，残留的化学物质就会在后续的热冲击过程中成为分层的隐患。

二、分层风险的影响

（一）电气性能下降

分层可能导致铜层与基材之间的电气连接不良，引发信号传输的不稳定性。例如，出现信号反射、阻抗变化、噪声增加等问题，影响电路的正常工作，降低 PCB 的电气性能，可能导致电子设备出现数据传输错误、信号失真等故障。

（二）物理结构受损

分层会破坏 PCB 的物理结构，使其变得脆弱，降低其机械强度。这使得 PCB 更容易在受到外力或振动时发生损坏，如线路断裂、元器件脱落等，缩短了 PCB 的使用寿命，增加了设备的维修成本和停机时间。

（三）可靠性降低

多次热冲击下铜层与基材的分层风险，会显著降低 PCB 的可靠性。在高功率、长时间工作的应用场景中，分层可能导致 PCB 逐渐失去其正常的电气和机械性能，最终导致设备故障，影响整个系统的稳定性和可靠性。

三、应对策略

（一）基材选择与处理

选择低 CTE 基材：采用低 CTE 的基材（Z-CTE≤3%），可有效降低热膨胀系数失配带来的应力，将应力峰值降低至 12MPa 以下，从而减少分层风险。例如，某些高性能的 FR-4 基材或特种复合基材，其热膨胀系数更接近铜箔，适合用于厚铜板应用。

基材预处理：在层压前对基材进行适当的预处理，如干燥处理，以去除基材中的水分，防止因水分在热冲击过程中汽化膨胀而加剧分层风险。

（二）优化层压工艺

分段层压参数：采用分段层压工艺，合理控制预压、主压和保压阶段的温度、压力和时间。例如，预压阶段温度控制在 120-140℃，压力 50PSI，时长 15min，去除挥发物；主压阶段温度 170-180℃，压力 250PSI，时长 45min，确保树脂充分流动；保压阶段温度 160℃，压力 150PSI，时长 30min，进行应力释放。该参数组合可使厚铜板经 5 次 288℃热冲击后，分层面积比常规工艺减少 67%。

动态压力补偿技术：在铜面凸起区施加额外压力，如 350PSI，以改善树脂填充效果，使填充率提升至 92%，满足标准要求。

（三）铜面处理技术

棕化层厚度控制：精确控制棕化层厚度在 0.3-0.5μm，粗糙度 Ra 在 0.8-1.2μm，以增强铜-树脂的结合力。

等离子活化：采用 Ar/O?混合气体进行等离子活化处理，将铜面表面能提升至 72mN/m，提高其与树脂的润湿性和粘结性。

纳米硅烷偶联剂：在铜-树脂界面使用纳米硅烷偶联剂，形成化学键，使粘结强度提高 40%，从而有效降低分层风险。

（四）结构设计优化

铜箔减薄过渡：在铜厚突变区采用阶梯式减薄设计，如 4oz→3oz 过渡区长度≥5mm，每 0.5mm 设置 0.1mm 减薄梯度，可使热应力集中系数从 3.2 降至 1.8。

网格化铜层布局：在大电流区域采用 30% 开窗率的网格铜设计，线宽 / 间距 =0.5mm/0.3mm，网格节点处设置 0.3mm 接地过孔。经实测，该结构可使温升降低 15℃，热变形量减少 22%，从而降低热应力对铜层与基材界面的影响。

（五）加强可靠性验证

热循环测试：执行 -55℃?125℃循环测试，每个循环包含 15 分钟低温保持、10 秒温度切换和 15 分钟高温保持。通过 500 次循环无分层的板件，其实际使用寿命可达 10 年。

IST 互连应力测试：采用 IPC-TM-650 标准，进行室温→150℃循环测试，升降温速率 10℃/min，监控 1000 个 PTH 孔阻值变化（ΔR≤10%），以评估厚铜板的抗分层性能。开·云app PCB 通过动态参数调整系统，实时采集 20 组工艺数据优化层压过程，配合非破坏性 X-Ray 检测技术，可识别 0.02mm 的界面缺陷，将厚铜板分层不良率控制在 0.3% 以下，达到车规级可靠性标准