Šta znači “heavy-copper PCB”?

Štampane pločice dolaze u mnogim vrstama. Jedna od tih vrsta je visokostrujni PCB, također nazivan PCB s debelim slojem bakra. Ove pločice imaju korisna svojstva za primjene koje uključuju velike struje i promjenjive temperature. PCB-ovi s debelim slojem bakra mogu izdržati više temperature duže vrijeme, mogu podnijeti veće strujne jačine i osiguravaju čvršće lemne spojeve i kontaktne tačke.

Šta je PCB visoke struje?

Štampana pločica za velike struje je štampana pločica dizajnirana da podrži veću kritičnu gustoću struje nego standardna štampana pločica. Standardna pločica može podržavati struje u desetinama ampera. Pločica za velike struje može voditi stotine ili čak hiljade ampera i može izdržati više temperature tokom dužeg vremenskog perioda. Jedinstveni dizajn ovih štampanih pločica koristi deblje i teže bakarne slojeve, što pločici daje jače i izdržljivije električne i mehaničke performanse.

Štampane ploče s velikom količinom bakra obično sadrže više od 3 unce bakra po kvadratnoj stopi za nošenje velikih strujnih opterećenja. Čak i kada je ukupna količina bakra manja od 3 oz/ft², ploča se i dalje može klasificirati kao PCB s velikom količinom bakra ako je debljina bakra na kritičnim područjima veća od 4 oz/ft². Ova velika količina bakra koristi se kada proširenje trase nije moguće ili nije najbolja opcija.

Na primjer, na PCB-u za DC motor, standardna širina trake potrebna za isporuku potrebne snage može biti velika, jer dizajneri moraju uzeti u obzir termička ograničenja. PCB-ovi s debelim slojem bakra umjesto toga koriste deblji tragovi da se postigne isti kapacitet provođenja struje uz manju širinu trake. Ovo pomaže uštedi prostora na ploči uz održavanje toplotnih i električnih performansi.

Obično ćete primijetiti da debljina bakra koja se koristi na pločama s velikom količinom bakra varira otprilike 105 µm do 400 µm. Osim veće debljine bakra, ove ploče mogu rasipati toplinu pri visokim temperaturama, istovremeno pružajući jače električne veze. Ovo termičko upravljanje pomaže PCB-ovima s velikom debljinom bakra da izbjegnu termički stres i kvar pri velikom opterećenju.

Prednosti debelog bakra u dizajnu štampanih pločica

Termalno upravljanje je sada važnije nego ikad, jer elektronička oprema radi u surovijim uvjetima i pri većim strujama. Tablice s velikom količinom bakra (na primjer, s unutrašnjim i/ili vanjskim bakrenim provodnicima u rasponu 5 oz/ft² do 19 oz/ft², i ponekad definirano kao preko 4 oz/ft²) pomaže odvodi toplotu od komponenti. Ova svojstva mogu znatno smanjiti kvarove uzrokovane pregrijavanjem.

Proizvođači PCB-a Koristite debeli bakar za izradu robusnih platformi za provodnike. Nastale ploče nude bolju provodnost i veću otpornost na toplotni stres. Ove ploče također mogu postići isti kapacitet struje na manjoj površini jer jedan sloj može sadržavati veći sloj bakra ili jer su na istom sloju postavljena više slojeva bakra.

Ključne prednosti debelog bakra u PCB-ovima uključuju:

• Smanjen termički napon na komponentama i ploči.

• Poboljšana sposobnost provođenja struje.

• Sposobnost preživljavanja ponovljenih toplinskih ciklusa bez oštećenja.

• Manja veličina gotove ploče u nekim dizajnima, jer slaganje bakra smanjuje potrebu za višestrukim slojevima.

Ko ima koristi od PCB-ova s visokim udjelom bakra?

Industrije koje ostvaruju jasne koristi od visokog sadržaja bakra uključuju:

• Vojno i odbrambeno.

• Automobilski.

• Solarni paneli (PV inverteri i povezana oprema).

• Proizvođači opreme za zavarivanje.

• Industrijska kontrolna oprema.

Ove industrije često trebaju PCB-ove koji mogu podnijeti veliki toplotni učinak i osigurati pouzdanu raspodjelu napajanja. Rupe obložene debelim slojem bakra posebno su dobre za prijenos topline na vanjske hladnjake. Dobra raspodjela napajanja ključna je za visoku pouzdanost, a debeli sloj bakra pomaže u tome.

Debelo mesinganje nije novo. Ova metoda se već dugi niz godina koristi za ispunjavanje zahtjevnih vojnih i obrambenih standarda, poput sustava za upravljanje oružjem. Sada i vodeći proizvođači elektronike traže bolje odvođenje topline. Stoga je debelo mesinganje postalo sve češće i u nevojnim primjenama.

Kako se proizvodi i koristi teški bakar

Tegle PCB-ova s velikom količinom bakra obično se izrađuju kombinacijom galvanizacija i graviranje procesima. Cilj je povećati debljinu bakra ne samo na ravnim tragovima, već i na putem bočnih zidova i izvlačeni otvori. Ako je ploča izložena brojnim proizvodnim ciklusima, pozlaćeni otvori mogu se istrošiti ili oslabiti. Dodavanje debelog sloja bakra ojačava te pozlaćene otvore i poboljšava pouzdanost.

Štampana ploča s debelim slojem bakra omogućava vam da na istoj ploči kombinujete zone visokog strujnog intenziteta ili visoke snage i kontrolna ili signalna kola. Time se izbjegava potreba za zasebnim napojnim pločama ili glomaznim vanjskim ožičenjem u nekim sistemima.

PHILIFAST radi s kupcima kako bi potvrdio i razumio njihove potrebe. Teške bakarne proizvodne procese prilagođavamo tim potrebama. Na primjer, važno je znati tipove komponenti, koliko slojeva je potrebno i koji se materijali moraju koristiti. PHILIFAST može dati ponudu i objasniti prednosti i nedostatke upotrebe teškog bakra. Napredak tehnologije omogućio je procese koji koriste elektropozlatinu i obradu ivica ili brušenje kako bi se postigla potrebna debljina i ravnost bakra.

Vrijednosti debljine bakra koje se koriste u PCB-ovima s velikom količinom bakra

U praksi ćete naći sljedeće:

• Tipično teški bakar vrijednosti debljine spadaju u raspon 105 µm do 400 µm.

• Teški bakar se obično opisuje u uncija po kvadratnoj stopi ili uncija po kvadratnoj stopi (oz/ft²), ili u industriji PCB-a češće kao unci po kvadratnoj stopi ili unci po ft², iako mnogi dobavljači koriste unce po kvadratnoj stopi ili pretvoriti u µm.

• Standardne bakarne utege poput 1 unca otprilike odgovaraju 34–35 µm debljine bakra za jednu stranu, ali završna debljina zavisi od pozlatnje, završne obrade površine i laminacije.

Kada se trase i prolazne rupe oblože i potom zadebljaju, može se povećati i bakar u rupi i površinski bakar, osim ako se ne poduzmu posebne mjere za kontrolu oblaganja samo u izbušenoj rupi.

Debljina ploče i težina bakra — utjecaj na dizajn i proizvodnju PCB-a

Kada režete ploče od sirovog materijala, dvije glavne brige su debljina ploče i bakreno uteg. Za debljine sirovih ploča iznad 0,8 mm, obično se koristi standardni set debljina: 1.0 mm, 1.2 mm, 1.6 mm, 2.0 mm i 3.2 mm. Za debljine ispod 0,8 mm, ovo se ne smatraju standardnim serijama. Debljine tankih ploča često se prilagođavaju. Uobičajene vrijednosti debljine tankog jezgra koje se koriste za unutrašnje slojeve uključuju: 0,1 mm, 0,15 mm, 0,2 mm, 0,3 mm, 0,4 mm i 0,6 mm. Ovi tanki jezgreni materijali uglavnom se koriste kao unutrašnji slojevi višeslojnih tiskanih pločica.

Kada dizajnirate vanjski sloj i odaberete završnu debljinu ploče, morate uzeti u obzir dodatnu debljinu koja se dodaje tokom proizvodnje. To uključuje:

• Debljina elektrolitički nanesenog bakra dodana tokom galvanizacije via i rupa.

• Debljina maske za lemljenje.

• Debljina završne obrade površine (na primjer, niveliranje lemljenjem toplim zrakom, ENIG pozlaćivanje ili druge završne obrade).

• Debljina sitoštampe i ugljične tinte.

U praksi, goli gotovi dasak bit će deblji za otprilike 0,05–0,1 mm nego osnovni sirovi materijal zbog ovih dodataka. Oplošća s kalajnim prevlakama obično pokazuju veće povećanje konačne debljine, oko 0,075–0,15 mm.

Na primjer:

• Ako je vaš zahtjev za gotovom pločom 2,0 mm, i ti biraš 2,0 mm sirovog osnovnog materijala u fazi rezanja, konačna gotova ploča obično će na kraju biti između 2,1 mm i 2,3 mm nakon tolerancija izrade i obrade.

• Ako vaš dizajn apsolutno zahtijeva da gotova ploča bude ne više od 2,0 mm, trebali biste zatražiti nestandardnu sirovu ploču od 1,9 mm za izradu. U tom slučaju, izvođač mora naručiti nestandardni materijal od dobavljača sirovina, što će obično produžiti rok isporuke.

Za konstrukciju unutrašnjeg sloja možete prilagoditi konačnu laminiranu debljinu odabirom različitih prepreg debljine i mijenjanjem slojeva. Izbor jezgra je fleksibilan. Na primjer, da bi se postigao 1,6 mm konačna debljina, možete odabrati 1,2 mm jezgra ili a 1,0 mm jezgra u kombinaciji sa odgovarajućim slojevima preprega, sve dok konačna laminacija održava završnu debljinu u prihvatljivom rasponu.

Tolerancija debljine ploče — šta očekivati

Dizajneri PCB-a moraju uzeti u obzir toleranciju debljine gotove ploče, kao i tolerancije sklapanja proizvoda. Glavni čimbenici varijacije konačne debljine su:

1. Tolerancija sirovine od dobavljača ploča.

2. Tolerancija procesa laminacije kada se više slojeva i prepregova preša zajedno.

3. Dodatna debljina od vanjskog sloja bakra i prevlake.

Tipične tolerancije debljine sirovog materijala koje se često navode za uobičajene ploče su:

• Za 0,8–1,0 mm: ±0,1 mm.

• Za 1,2–1,6 mm: ±0,13 mm.

• Za 2,0 mm: ±0,18 mm.

• Za 3,0 mm: ±0,23 mm.

Tolerancija laminacije ovisi o broju slojeva i ukupnoj debljini. Obično se kontrolira unutar ±(0,05–0,1) mm. Platovi koji uključuju rubne konektore ili kontakte na rubu kartice (kao što je štampani rub kartice za konektor) zahtijevaju pažljiv izbor debljine i tolerancije kako bi odgovarali specifikacijama konektora.

Debljina bakra na površini i standardi galvanizacije

Bakarne i pozlaćene rupe nastaju hemijskim taloženjem, nakon čega slijedi elektro-galvanizacija. Ako povećate debljinu pozlaćene rupe, debljina bakra na površini će se često povećati, osim ako ne poduzmete posebne mjere kontrole.

Prema IPC-A-600G standardno, minimalna debljina bakarne prevlake za prevučene rupe je:

• Za izradu klase 1 i klase 2: 20 µm.

• Za majstorstvo klase 3: 25 µm.

Kada navedete težinu bakra od 1 unca, sjeti se da 1 unca Obično odgovara minimalnoj debljini sirove folije u određenim sistemima, a završna debljina nakon galvanizacije može biti veća. Na primjer, ako opcija sirove folije daje minimum od 15,4 µm za nominalnih 1 oz materijala u nekim proizvodnim specifikacijama, nakon dozvoljavanja 2–3 µm gubitka moguće tolerancije, minimum bi mogao doseći 33,4 µm u praksi. Ako odaberete viši cilj sirovine ili pozlatnog sloja, završna debljina bakra može doseći 47,9 µm ili više, ovisno o proizvodnom postupku. Ostale vrijednosti debljine bakra slijede slična pravila izračuna.

Kako odabrati debljinu PCB-a — šta je standard?

Neobrađeni PCB blankovi (sirovi paneli) nemaju jednu fiksnu globalnu debljinu. Međutim, tržišna konvencija i potražnja čine određene debljine standardnim. Možete postići veću debljinu gotove ploče slojevitim slaganjem više slojeva preprega i jezgri.

Uobičajene standardne debljine gotovih ploča su:

• 0,031 inča (0,78 mm).

• 0,062 inča (1,57 mm).

• 0,093 inča (2,36 mm).

Najčešća završna debljina u opštoj elektronici je 1,57 mm ili 0,062 inča. Ali korisnici i specifične primjene određuju koja debljina je standardna za liniju proizvoda. U ranim danima je šperploča korištena kao podloga, a ploče su bile deblje. S vremenom su bolje opcije poput epoksidnog stakla (FR-4) postale standard i omogućile veću kontrolu nad završnom debljinom.

Faktori koji utiču na debljinu PCB-a i težinu bakra

Prilikom planiranja debljine ploče i težine bakra, uzmite u obzir ove faktore dizajna i proizvodnje:

1. Glavni pokretači troškovaVeličina ploče i broj slojeva u velikoj mjeri određuju cijenu.

2. Kompleksnost PCB-aBroj slojeva i broj via utječu i na debljinu i na trošak.

3. Korišteni materijaliOdaberite materijale na osnovu radne brzine, radne frekvencije i maksimalne radne temperature.

4. Radno okruženje: Da li ploča mora izdržati visoke temperature, vlažnost ili mehanički stres utjecat će na odabir debljine.

5. Proizvodni faktoriVeličine i broj rupa, težina bakra i opcije završne obrade površine utiču na debljinu ploče i konačni ishod.

6. Metoda panelizacije, razmak između ploča i geometrija traga: utiču na rutiranje, izvodljivost proizvodnje i konačne dimenzije.

Kako odrediti debljinu bakra na PCB-u i širinu staze

Možete koristiti a kalkulator širine traga da se odredi debljina bakra i širina traga potrebna za određenu struju. Alat radi kao običan kalkulator: unesete struju, dopušteni porast temperature, težinu bakra, debljinu PCB-a i ostale specifikacije, a kalkulator vraća potrebnu širinu traga i debljinu bakra. Mnogi kalkulatori pružaju preciznost do 0,01 mm za precizne rezultate. Ako vaša primjena zahtijeva da završna debljina ostane ispod zadatog ograničenja, planirajte u skladu s tim i prilagodite slojevitost.

Šta treba imati na umu pri odabiru debljine PCB-a

Kada odlučujete o debljini ploče kako biste postigli bolju izdržljivost i performanse, imajte na umu ove specifikacije i faktore:

• Težina gotove ploče.

• Potrebna fleksibilnost ili krutost.

• Zahtjevi usklađivanja impedanse za visokobrzinske signale.

• Visina komponente i prostor na ploči.

• Kompatibilnost sa ostatkom mehaničkog dizajna.

• Opća pravila dizajna i ograničenja rasporeda.

Šta je s debljinom prilagođene ploče?

Sirovi paneli i ploče za proizvodnju PCB-a su široko dostupni. Postoji mnogo opcija prilagođavanja kako bi proizvođači mogli ispuniti specifične specifikacije. Možete odabrati debljinu od 0,2 mm do 6,3 mm u 0,01 mm povećanja u mnogim radnjama. Koraci obično su:

• Odlučite o debljinama zajedničkog jezgra/preprega koje želite koristiti.

• Uparite ih s bakrenom folijom, pocinčanom bakrom i maskom za lemljenje kako biste postigli završenu debljinu.

Stvari koje treba imati na umu pri naručivanju prilagođene debljine:

1. Vrijeme obradeNeuobičajene debljine zahtijevaju nestandardni materijal, pa se rokovi isporuke produžuju. To utječe na rasporede isporuke i vrijeme razvoja.

2. Sposobnost CM opremeOdaberite proizvođača po ugovoru (CM) koji ima odgovarajuću opremu. Ako CM ne može proizvesti željenu debljinu, možda ćete morati napraviti kompromise i promijeniti neke dizajnerske odluke.

3. Dodatni trošakPrilagođene specifikacije uzrokuju veće troškove proizvodnje. Posebni materijali, stroge tolerancije i dodatni koraci u procesu sve povećavaju troškove.

Korištenje prilagođene debljine može poboljšati performanse proizvoda i njegovu jedinstvenu funkciju. Međutim, višeslojne i prilagođene ploče zahtijevaju dodatnu obradu, više koraka u procesu i veće troškove materijala. To može učiniti višeslojne prilagođene ploče skupima.

Imati pouzdanog partnera u proizvodnji pomaže da se željena debljina glatko postigne. Uobičajeni prvi korak je odabrati standardne vrijednosti debljine jezgre/preprega, a zatim ih kombinovati s obloženim bakrom i bakrenom folijom te odabranom maskom za lemljenje i završnom obradom površine.

PHILIFAST usluge i šta nudimo

U PHILIFAST-u zadovoljavamo potrebe kupaca visokokvalitetnim i preciznim prototipovima. Možemo podržati i standardne i prilagođene zahtjeve te obraćamo pažnju na namjeru dizajna. Istaknute značajke naših usluga proizvodnje prilagođenih tiskanih pločica uključuju:

• Precizne ponude u roku od 24 sata.

• Proces po principu "ključ u ruke" je završen za tri dana ili manje. za mnoge standardne prototipove.

• Skraceno vrijeme nabavke kroz koordinaciju dobavljača.

• Fokusirana kontrola kvaliteta i certificiranje po potrebi.

• Visoka kvaliteta PCB-a i automatizirana optička inspekcija (AOI) u produkciji.

Ako vam je potrebna proizvodnja PCB-ova, PHILIFAST može ponuditi usluge izrade prototipova i serijske proizvodnje. Provjeravamo zahtjeve kupaca, raspravljamo o broju slojeva, izboru materijala, težini bakra i drugim ključnim parametrima. Također objašnjavamo prednosti i nedostatke debelog bakra i kako će to utjecati na cijenu, težinu i izvodljivost proizvodnje ploče.

Kratak tehnički sažetak i preporuke

• Tanki bakreni PCB-ovi su namijenjeni za primjene s velikom strujom i visokim toplotnim opterećenjem.

• Koriste mnogo deblji bakar, koji se obično mjeri u oz/ft² ili µm. Tipične vrijednosti debelog bakra kreću se između 105 µm i 400 µm.

• Debeli bakar poboljšava sposobnost provođenja struje i rasipanje toplote. Smanjuje toplotni naprezanje i omogućava manji raspored komponenti na ploči pri istoj snazi.

• Teški bakar se obično nanosi elektrolitičkim pozlatom. Također ojačava pozlate rupe i bočne zidove vijica.

• Dizajneri moraju planirati dodatnu debljinu uzrokovanu pozlatom, maskom za lemljenje i površinskom obradom. Završna debljina nije ista kao debljina sirovog jezgra. Uzmite u obzir toleranciju sirovog materijala i toleranciju laminacije.

• Standardne debljine gotovih ploča uključuju 0,78 mm (0,031 in), 1,57 mm (0,062 in), i 2,36 mm (0,093 in), sa 1,57 mm bivši najčešći u općoj elektronici. Prilagođeni štampani pločevi mogu varirati od 0,2 mm do 6,3 mm.

• Kada dizajnirate, uzmite u obzir faktore koji utiču na troškove (veličinu i slojeve), složenost (viae i slojeve), materijale (brzinu, frekvenciju, maksimalnu temperaturu) i radno okruženje.