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.

Factors that affect PCB thickness and copper weight

When planning board thickness and copper weight, consider these design and manufacturing factors:

1. Major cost drivers: board size and number of layers largely determine cost.

2. Kompleksnost PCB-a: layer count and number of vias affect both thickness and cost.

3. Materials used: choose materials based on operating speed, operating frequency, and maximum operating temperature.

4. Operating environment: whether the board must withstand high temperature, humidity, or mechanical stress will affect thickness choice.

5. Manufacturing factors: hole sizes and counts, copper weight, and surface finish options influence board thickness and final outcome.

6. Panelization method, gap between boards, and trace geometry: these affect routing, manufacturability, and final dimensions.

How to specify PCB copper thickness and trace width

You can use a trace width calculator to specify the copper thickness and trace width needed for a certain current. The tool works like a normal calculator: you input the current, allowable temperature rise, copper weight, PCB thickness, and other specs, and the calculator returns the required trace width and copper thickness. Many calculators provide precision down to 0.01 mm for accurate results. If your application requires the finished thickness to stay below a given limit, plan accordingly and adjust the stackup.

Things to remember when choosing PCB thickness

When you decide on board thickness to get better durability and performance, keep these specs and factors in mind:

• Weight of the finished board.

• Flexibility or rigidity required.

• Impedance matching needs for high-speed signals.

• Component height and space on the board.

• Compatibility with the rest of the mechanical design.

• Overall design rules and layout constraints.

What about custom board thickness?

Raw panels and sheets for PCB manufacturing are widely available. Many customization options exist so manufacturers can meet specific specs. You can choose thickness from 0.2 mm to 6.3 mm in 0.01 mm increments in many shops. The steps usually are:

• Decide the common core/prepreg thicknesses you want to use.

• Match them with copper foil, plated copper, and solder mask to reach the finished thickness.

Points to remember when ordering custom thickness:

1. Turnaround time: uncommon thicknesses require nonstandard material and so lead times increase. This affects delivery schedules and development time.

2. CM equipment capability: choose a contract manufacturer (CM) that has the right equipment. If the CM cannot manufacture your desired thickness, you may need to compromise and change some design choices.

3. Additional cost: custom specs cause higher production cost. Special materials, strict tolerances, and extra process steps all add cost.

Using custom thickness can improve the product’s performance and unique function. But multi-layer and custom boards come with extra handling, process steps, and material costs. That can make multilayer custom boards expensive.

Having a reliable manufacturing partner helps reach the desired thickness smoothly. The usual first step is to pick standard core/prepreg thickness values and then combine them with plated copper and copper foil and the chosen solder mask and surface finish.

PHILIFAST services and what we offer

At PHILIFAST, we meet customer needs with high-quality and accurate prototypes. We can support both standard and custom requirements and we pay attention to design intent. Highlights of our custom PCB manufacturing services include:

• Accurate quotes within 24 hours.

• Turnkey process completed in three days or less for many standard prototypes.

• Shortened procurement time through supplier coordination.

• Focused quality control and certification as required.

• High PCB quality and automated optical inspection (AOI) in production.

If you need PCB manufacturing, PHILIFAST can offer prototypes and production services. We check customer requirements, discuss layer counts, material selections, copper weight, and other critical parameters. We also explain the pros and cons of heavy copper and how it will affect board cost, weight, and manufacturability.

Short technical summary and recommendations

• Thick-copper PCBs are meant for high current and high thermal demand applications.

• They use much thicker copper, commonly measured in oz/ft² or µm. Typical thick-copper values lie between 105 µm and 400 µm.

• Heavy copper improves current carrying capacity and heat dissipation. It reduces thermal strain and can allow smaller board layouts for the same power.

• Heavy copper is commonly applied by electroplating. It also strengthens plated holes and via sidewalls.

• Designers must plan for additional thickness caused by plating, solder mask, and surface finish. Finished thickness is not the same as raw core thickness. Consider raw material tolerance and lamination tolerance.

• Standard finished board thicknesses include 0.78 mm (0.031 in), 1.57 mm (0.062 in), i 2.36 mm (0.093 in), with 1,57 mm being the most common in general electronics. Custom boards can range from 0.2 mm to 6.3 mm.

• When you design, consider cost drivers (size and layers), complexity (vias and layers), materials (speed, frequency, max temperature), and the operating environment.