一、引言

二、協(xié)同設(shè)計(jì)的原理與標(biāo)準(zhǔn)要求

2.1 協(xié)同設(shè)計(jì)的核心矛盾與解決邏輯

2.2 協(xié)同設(shè)計(jì)的核心標(biāo)準(zhǔn)要求

• 散熱性能：芯片與 PCB 接觸面熱阻≤2℃/W，PCB 表面最高溫度≤100℃；
• 信號(hào)性能：阻抗公差 ±5%（消費(fèi)電子）/±3%（工業(yè)設(shè)備），串?dāng)_衰減≥-25dB，插入損耗≤0.3dB/in@10GHz；
• 機(jī)械可靠性：熱循環(huán)測(cè)試（-40℃~125℃，1000 次）無(wú)線路斷裂、焊點(diǎn)開(kāi)裂；
• 環(huán)保要求：符合 ROHS、無(wú)鹵指令，有害物質(zhì)含量≤0.1%。

2.3 捷配協(xié)同設(shè)計(jì)的核心技術(shù)支撐

三、高功率高頻 PCB 散熱與布線協(xié)同設(shè)計(jì)全流程優(yōu)化

3.1 前期規(guī)劃：材料選型與方案設(shè)計(jì)

1. 協(xié)同材料選型：
   • 高功率場(chǎng)景（功率密度 10-30W/cm²）：選用銅基熱電分離 PCB（捷配特色工藝），銅芯厚度 0.5-1.0mm（熱導(dǎo)率 150W/(m?K)），表層采用羅杰斯 RO4350B 高頻板材（介電常數(shù) 3.48），兼顧散熱與信號(hào)性能；
   • 超高功率場(chǎng)景（功率密度≥30W/cm²）：選用埋銅塊 + 高頻板材復(fù)合結(jié)構(gòu)，芯片下方埋入 2.0mm 厚銅塊（熱導(dǎo)率 385W/(m?K)），表層采用生益 S1130 高頻板材，實(shí)現(xiàn)極致散熱；
   • 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：銅基 / 銅塊與高頻板材結(jié)合強(qiáng)度≥1.5N/mm，符合 IPC-6012 粘合強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)；
2. 協(xié)同方案規(guī)劃：
   • 操作要點(diǎn)：劃分散熱區(qū)與布線區(qū)，芯片正下方為核心散熱區(qū)（全銅皮 / 銅塊），周圍為布線區(qū)（預(yù)留信號(hào)線通道）；采用 “頂層布線 + 底層散熱” 或 “內(nèi)層布線 + 表層 / 底層散熱” 布局，避免布線與散熱路徑?jīng)_突；
   • 捷配支持：提供協(xié)同方案仿真服務(wù)，通過(guò) ANSYS Icepak 與 HyperLynx 聯(lián)合仿真，模擬散熱與信號(hào)性能的相互影響，優(yōu)化布局方案。

3.2 布線設(shè)計(jì)：信號(hào)性能優(yōu)先，兼顧散熱

1. 高頻布線優(yōu)化：
   • 操作要點(diǎn)：高頻信號(hào)線（≥1GHz）采用微帶線或帶狀線布線，線寬 / 線距按阻抗要求設(shè)計(jì)（如 50Ω 微帶線 0.25mm/0.75mm）；信號(hào)線遠(yuǎn)離散熱銅塊 / 銅皮邊緣≥3mm，避免邊緣效應(yīng)影響阻抗；
   • 差分走線：高速接口采用差分對(duì)布線，長(zhǎng)度差≤3mm，耦合間距一致，差分阻抗 100Ω±3%；差分對(duì)與散熱過(guò)孔間距≥2mm，避免過(guò)孔干擾耦合；
2. 布線與散熱的功能復(fù)用：
   • 操作要點(diǎn)：接地層兼做散熱層，采用厚銅（2-3oz）網(wǎng)格接地設(shè)計(jì)（網(wǎng)格間距 5mm），既降低接地阻抗，又增強(qiáng)橫向散熱；接地過(guò)孔兼做散熱過(guò)孔，孔徑 0.3mm，間距 5mm，貫穿所有層，將熱量傳導(dǎo)至散熱層；
   • 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：接地 / 散熱過(guò)孔孔壁銅厚≥20μm，導(dǎo)通電阻≤50mΩ。

3.3 散熱設(shè)計(jì)：高效散熱，避讓布線

1. 核心散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
   • 銅皮 / 銅塊散熱：芯片下方設(shè)計(jì)全銅皮（銅基 PCB）或埋銅塊（超高功率場(chǎng)景），銅皮 / 銅塊面積≥芯片封裝面積的 2 倍，與芯片接觸面平整度≤0.01mm，降低接觸熱阻；
   • 散熱通道優(yōu)化：散熱銅皮 / 銅塊與 PCB 邊緣散熱接口直接相連，通道寬度≥5mm，避免布線阻擋；散熱接口設(shè)計(jì)安裝孔（直徑 2-3mm），便于連接散熱片或熱管；
2. 避讓布線的細(xì)節(jié)處理：
   • 操作要點(diǎn)：散熱銅皮 / 銅塊上需跨越信號(hào)線時(shí)，采用 “橋接設(shè)計(jì)”，預(yù)留信號(hào)線通道（寬度≥2 倍線寬），通道周圍采用接地過(guò)孔隔離；散熱過(guò)孔避開(kāi)信號(hào)線路徑，若需交叉，過(guò)孔與信號(hào)線間距≥0.5mm；
   • 工藝保障：捷配采用精密加工工藝，銅皮 / 銅塊通道邊緣平整度≤0.005mm，避免影響布線精度。

3.4 工藝優(yōu)化：協(xié)同制造保障性能

1. 復(fù)合板材制造：
   • 操作要點(diǎn)：銅基 / 銅塊與高頻板材采用 “高溫壓合 + 化學(xué)粘合” 工藝，壓合溫度 180-200℃，壓力 2-3MPa，確保結(jié)合緊密，熱阻≤0.5℃/W；
   • 蝕刻工藝：高頻板材區(qū)域采用高精度蝕刻（線寬公差 ±0.005mm），銅皮 / 銅塊區(qū)域采用 “半蝕刻” 工藝，保留散熱厚度的同時(shí)避免損傷高頻板材；
2. 表面處理工藝：
   • 操作要點(diǎn)：布線區(qū)域采用沉金工藝（金層厚度≥1.2μm），保障焊接可靠性與信號(hào)傳輸；散熱區(qū)域采用裸銅或沉銀工藝（熱導(dǎo)率 429W/(m?K)），增強(qiáng)散熱效率；
   • 捷配優(yōu)勢(shì)：支持 “分區(qū)表面處理” 工藝，根據(jù)不同區(qū)域功能定制處理方案，兼顧性能與成本。

3.5 測(cè)試驗(yàn)證：散熱與信號(hào)性能雙達(dá)標(biāo)

1. 散熱性能測(cè)試：
   • 操作要點(diǎn)：通過(guò)紅外熱像儀測(cè)試芯片工作時(shí)的溫度分布，確保核心溫度≤100℃；通過(guò)熱阻測(cè)試儀測(cè)量芯片與 PCB 接觸面熱阻，確保≤2℃/W；
2. 信號(hào)性能測(cè)試：
   • 操作要點(diǎn)：采用 LC-TDR20 阻抗分析儀測(cè)試阻抗，確保公差 ±3%；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試串?dāng)_衰減與插入損耗，串?dāng)_衰減≥-30dB，插入損耗≤0.3dB/in@10GHz；
3. 可靠性測(cè)試：
   • 操作要點(diǎn)：通過(guò) MU 可程式恒溫恒濕試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行熱循環(huán)測(cè)試（-40℃~125℃，1000 次），測(cè)試后檢查線路完整性與焊點(diǎn)可靠性；
   • 捷配保障：提供完整的測(cè)試報(bào)告，包括散熱、信號(hào)、可靠性測(cè)試數(shù)據(jù)，確保產(chǎn)品雙達(dá)標(biāo)。

四、某 5G 基站功率放大器 PCB 協(xié)同設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)踐

4.1 初始問(wèn)題

4.2 整改措施（采用捷配協(xié)同設(shè)計(jì)方案）

1. 材料與結(jié)構(gòu)優(yōu)化：選用銅基熱電分離 PCB（銅芯厚度 0.8mm，熱導(dǎo)率 150W/(m?K)），表層采用羅杰斯 RO4350B 高頻板材；重新規(guī)劃布局，芯片下方為 40×40mm 銅芯散熱區(qū)，周圍預(yù)留 3mm 寬布線通道；
2. 布線與散熱協(xié)同優(yōu)化：差分走線繞開(kāi)散熱銅芯區(qū)域，長(zhǎng)度差修正至 2mm，耦合間距 0.15mm，差分阻抗校準(zhǔn)至 100Ω±2%；散熱過(guò)孔重新布局，與信號(hào)線間距≥2.5mm，接地過(guò)孔兼做散熱過(guò)孔，間距 4mm；
3. 工藝與表面處理：采用捷配 “高溫壓合 + 分區(qū)蝕刻” 工藝，銅芯與高頻板材結(jié)合緊密；布線區(qū)域沉金（金層 1.5μm），散熱區(qū)域裸銅；
4. 測(cè)試與校準(zhǔn)：通過(guò)熱阻測(cè)試儀與阻抗分析儀反復(fù)校準(zhǔn)，優(yōu)化散熱通道與布線參數(shù)，確保雙達(dá)標(biāo)。

4.3 整改效果

1. 散熱達(dá)標(biāo)：芯片溫度降至 78℃，PCB 表面最高溫度 85℃，符合要求；
2. 信號(hào)性能提升：差分阻抗穩(wěn)定在 98-102Ω，串?dāng)_衰減提升至 - 32dB，插入損耗≤0.25dB/in@28GHz；
3. 可靠性提升：熱循環(huán)測(cè)試（1000 次）無(wú)線路斷裂、焊點(diǎn)開(kāi)裂，使用壽命預(yù)計(jì)延長(zhǎng) 3 倍；
4. 量產(chǎn)穩(wěn)定：批量生產(chǎn)良率從 75% 提升至 99.6%，雙性能相關(guān)不良率為 0。