Co znamená “těžká měděná deska plošných spojů”?

Desky s plošnými spoji se vyrábějí v mnoha typech. Jedním z těchto typů je silnoproudá deska plošných spojů, nazývaná také silnoproudá deska plošných spojů. Tyto desky mají užitečné vlastnosti pro aplikace, které zahrnují vysoký proud a měnící se teploty. Silnoměděné desky plošných spojů odolávají delší dobu vyšším teplotám, zvládnou vyšší proudy a poskytují pevnější pájecí spoje a místa připojení.

Co je to silnoproudá deska plošných spojů?

Silnoproudá deska plošných spojů je deska plošných spojů navržená tak, aby podporovala vyšší kritickou proudovou hustotu než standardní deska plošných spojů. Standardní deska může podporovat pouze proudy v řádu desítek ampérů. Vysokoproudá deska může přenášet stovky nebo dokonce tisíce ampérů a může dlouhodobě odolávat vyšším teplotám. Jedinečná konstrukce těchto desek plošných spojů využívá silnější a těžší vrstvy mědi, a to desce poskytuje silnější a odolnější elektrické a mechanické vlastnosti.

Těžké měděné PCB obvykle obsahují více než 3 unce mědi na čtvereční stopu pro přenášení vysokých proudových zatížení. I když je celkové množství mědi menší než 3 oz/ft², může být deska stále klasifikována jako deska s velkým množstvím mědi, pokud je tloušťka mědi na kritických místech větší než 3 oz/ft². 4 oz/ft². Toto velké množství mědi se používá v případech, kdy přidání šířky do stopy není možné nebo není nejlepší volbou.

Například u desek plošných spojů stejnosměrných motorů může být standardní šířka stopy potřebná pro zajištění požadovaného výkonu velká, protože konstruktéři musí zohlednit tepelná omezení. Těžké měděné desky plošných spojů místo toho používají silnější stopy aby bylo dosaženo stejné proudové zatížitelnosti při menší šířce stopy. To pomáhá šetřit místo na desce při zachování tepelného a elektrického výkonu.

Běžně se setkáte s tím, že tloušťka mědi používaná v deskách z těžké mědi se pohybuje v rozmezí od cca. 105 µm až 400 µm. Kromě větší tloušťky mědi jsou tyto desky schopny odvádět teplo při vysokých teplotách a zároveň nabízejí pevnější elektrická spojení. Tento tepelný management pomáhá deskám plošných spojů s těžkou mědí vyhnout se tepelnému namáhání a selhání při velkém zatížení.

Výhody tlusté mědi v návrhu desek plošných spojů

Tepelný management je nyní důležitější než kdykoli předtím, protože elektronická zařízení pracují v náročnějších podmínkách a při vyšších proudech. Těžké měděné desky plošných spojů (například s vnitřními a/nebo vnějšími měděnými vodiči v rozsahu 5 oz/ft² až 19 oz/ft², a někdy se definuje jako více než 4 oz/ft²) pomáhají odvádět teplo od součástí. Tato vlastnost může výrazně omezit poruchy způsobené přehřátím.

Výrobci desek plošných spojů používají těžkou měď k vytvoření robustních vodivých plošin. Výsledné desky mají lepší vodivost a větší odolnost vůči tepelnému namáhání. Tyto desky mohou také dosáhnout stejné proudové kapacity na menší ploše, protože jedna vrstva může nést větší hmotnost mědi nebo protože je na stejné vrstvě umístěno více měděných závaží.

Mezi hlavní výhody tlusté mědi v deskách plošných spojů patří:

• Snížení tepelného namáhání komponent a desky.

• Vylepšená proudová zatížitelnost.

• Schopnost přežít opakované tepelné cykly bez poškození.

• Menší velikost hotové desky v některých provedeních, protože stohování mědi snižuje potřebu více vrstev.

Komu prospívají PCB s těžkou mědí?

Mezi odvětví, která mají z těžké mědi jednoznačný prospěch, patří:

• Vojenství a obrana.

• Automobilový průmysl.

• Systémy solárních panelů (fotovoltaické střídače a související zařízení).

• Výrobci svařovacích zařízení.

• Průmyslová řídicí zařízení.

Tato odvětví často potřebují desky s plošnými spoji, které zvládnou velký tepelný výkon a spolehlivou distribuci energie. Silně měděné průchozí otvory jsou obzvláště vhodné pro přenos tepla do externích chladičů. Dobrá distribuce energie je nezbytná pro vysokou spolehlivost a silná měď jí pomáhá dosáhnout.

Těžká měď není novinkou. Tato metoda se používá již mnoho let pro splnění náročných vojenských a obranných požadavků, například pro systémy řízení zbraní. Nyní požadují lepší odvod tepla i běžní výrobci elektroniky. Těžká měď se proto stále častěji používá i v nevojenských aplikacích.

Jak se vyrábí a používá těžká měď

Těžké měděné desky plošných spojů se obvykle vyrábějí kombinací galvanické pokovování a leptání procesy. Cílem je zvýšit tloušťku mědi nejen na plochých stopách, ale také na plochých stopách. přes bočnice a pokovené otvory. Pokud je deska vystavena mnoha výrobním cyklům, může dojít k opotřebení nebo zeslabení pokovených otvorů. Přidání těžké mědi tyto pokovené otvory zpevní a zvýší spolehlivost.

Těžká měděná deska umožňuje kombinovat vysokoproudové nebo výkonové zóny a řídicí nebo signální obvody na stejné desce. V některých systémech se tak vyhnete nutnosti používat samostatné napájecí desky nebo objemnou externí kabeláž.

Společnost PHILIFAST spolupracuje se zákazníky, aby potvrdila a pochopila jejich potřeby. Těmto potřebám přizpůsobujeme výrobní procesy těžké mědi. Je například důležité znát typy součástek, kolik vrstev je potřeba a jaké materiály je třeba použít. Společnost PHILIFAST může poskytnout cenovou nabídku a vysvětlit výhody a nevýhody použití těžké mědi. Technologický pokrok umožnil procesy, které využívají jak galvanické pokovování, tak frézování nebo broušení hran, aby bylo dosaženo požadované tloušťky a rovinnosti mědi.

Hodnoty tloušťky mědi používané v těžkých měděných deskách plošných spojů

V praxi se setkáte s následujícími možnostmi:

• Typické těžká měď hodnoty tloušťky spadají do rozmezí 105 µm až 400 µm.

• Těžká měď se běžně popisuje v unce na čtvereční stopu nebo unce na čtvereční stopu (oz/ft²), nebo v odvětví výroby desek plošných spojů častěji jako oz na čtvereční stopu nebo oz na ft², ačkoli mnoho dodavatelů používá oz na čtvereční stopu nebo převést na µm.

• Standardní měděná závaží jako 1 oz zhruba odpovídají 34-35 µm tloušťky mědi na jedné straně, ale konečná tloušťka závisí na pokovení, povrchové úpravě a laminování.

Pokud jsou průchodky a průchozí otvory pokoveny a následně zesíleny, může dojít ke zvýšení mědi v otvoru i mědi na povrchu, pokud nejsou přijata zvláštní opatření ke kontrole pokovení pouze ve vyvrtaném otvoru.

Tloušťka desky a hmotnost mědi - vliv na návrh a výrobu DPS

Při řezání desek ze surového materiálu se jedná především o dvě věci. tloušťka desky a hmotnost mědi. Pro tloušťky surových desek nad 0,8 mm, běžně se používá standardní sada tlouštěk: 1,0 mm, 1,2 mm, 1,6 mm, 2,0 mm a 3,2 mm.. Pro tloušťky nižší než 0,8 mm, nejsou považovány za standardní řadu. Tloušťky tenkých desek jsou často přizpůsobeny. Mezi běžné hodnoty tloušťky tenkých desek používané pro vnitřní vrstvy patří např: 0,1 mm, 0,15 mm, 0,2 mm, 0,3 mm, 0,4 mm a 0,6 mm.. Tyto tenké jádrové materiály se používají hlavně jako vnitřní vrstvy vícevrstvých desek plošných spojů.

Při návrhu vnější vrstvy a volbě tloušťky hotové desky je třeba počítat s další tloušťkou přidanou během výroby. Mezi ně patří:

• Tloušťka galvanicky pokovené mědi přidaná při pokovování průchodek a otvorů.

• Tloušťka pájecí masky.

• Tloušťka povrchové úpravy (například vyrovnání pájky horkým vzduchem, pozlacení ENIG nebo jiné povrchové úpravy).

• Sítotisk a tloušťka karbonového inkoustu.

V praxi bude holá hotová deska tlustší přibližně o 0,05-0,1 mm než základní surovina kvůli těmto přídavkům. Desky s pocínováním obvykle vykazují větší konečný nárůst tloušťky, přibližně 0,075-0,15 mm.

Například:

• Pokud je váš požadavek na hotovou desku 2,0 mm, a vy si vyberete 2,0 mm surového jádrového materiálu ve fázi řezání, konečná hotová deska obvykle skončí mezi 2,1 mm a 2,3 mm po výrobních tolerancích a zpracování.

• Pokud váš návrh bezpodmínečně vyžaduje, aby byla hotová deska ne více než 2,0 mm, měli byste si vyžádat nestandardní nezpracovanou desku o 1,9 mm pro výrobu. V takovém případě musí výrobce objednat nestandardní materiál u dodavatele surovin, což obvykle prodlouží dodací lhůtu.

U konstrukce vnitřní vrstvy můžete upravit konečnou tloušťku laminátu výběrem různých variant. prepreg tloušťky a změnou skládání vrstev. Výběr jádra je flexibilní. Například pro dosažení 1,6 mm konečná tloušťka, můžete si vybrat 1,2 mm jádro nebo 1,0 mm jádro v kombinaci s vhodnými vrstvami prepregu, pokud konečná laminace udržuje konečnou tloušťku v přijatelném rozmezí.

Tolerance tloušťky desky - co očekávat

Konstruktéři desek plošných spojů musí zohlednit toleranci tloušťky hotové desky spolu s tolerancemi osazení výrobku. Hlavní faktory, které přispívají k odchylce konečné tloušťky, jsou:

1. Tolerance surovin od dodavatele desek.

2. Tolerance procesu laminace, kdy se k sobě lisuje více vrstev a prepregů.

3. Extra tloušťka z vnější vrstvy mědi a pokovení.

Typické tolerance tloušťky surového materiálu často uváděné pro běžné panely jsou:

• Pro 0,8-1,0 mm: ±0,1 mm.

• Pro 1,2-1,6 mm: ±0,13 mm.

• Pro 2,0 mm: ±0,18 mm.

• Pro 3,0 mm: ±0,23 mm.

Tolerance laminace závisí na počtu vrstev a celkové tloušťce. Běžně se kontroluje v rozmezí ±(0,05-0,1) mm. Desky, které obsahují konektory na hraně nebo kontakty na hraně karty (jako je potištěná hrana karty pro konektor), vyžadují pečlivý výběr tloušťky a tolerance, aby odpovídaly specifikacím konektoru.

Tloušťka povrchu mědi a normy pro pokovování

Měď na průchodkách a měď na pokovených otvorech se vytváří chemickou depozicí a následným galvanickým pokovením. Zvětšíte-li tloušťku pokovených otvorů, často se zvýší i tloušťka povrchové mědi, pokud nepřijmete zvláštní kontrolní opatření.

Podle IPC-A-600G minimální tloušťka měděného pokovení pro pokovené otvory je:

• Pro třídu 1 a třídu 2: 20 µm.

• Pro třídu zpracování 3: 25 µm.

Pokud zadáte hmotnost mědi 1 oz, nezapomeňte, že 1 oz obvykle odpovídá minimální tloušťce surové fólie v určitých systémech a konečná tloušťka po pokovení může být vyšší. Například pokud je při použití surové fólie dosaženo minimální tloušťky 15,4 µm pro materiál o nominální hmotnosti 1 oz v některých výrobních specifikacích, po započtení 2-3 µm možné ztráty tolerance, minimum by mohlo dosáhnout 33,4 µm v praxi. Pokud zvolíte vyšší surovinu nebo cíl pokovení, může tloušťka hotové mědi dosáhnout 47,9 µm nebo více v závislosti na výrobním postupu. Ostatní hodnoty tloušťky mědi se řídí podobnými pravidly výpočtu.

Jak zvolit tloušťku desky plošných spojů - co je standard?

Polotovary desek plošných spojů (surové desky) nemají jednu pevnou globální tloušťku. Tržní zvyklosti a poptávka však určují určité tloušťky jako standardní. Větší tloušťky hotové desky lze dosáhnout skládáním více prepregů a jader.

Běžné standardní tloušťky hotových desek jsou:

• 0,031 palce (0,78 mm).

• 0,062 palce (1,57 mm).

• 0,093 palce (2,36 mm).

Nejběžnější hotová tloušťka v obecné elektronice je 1,57 mm nebo 0,062 in. Uživatelé a specifické aplikace však určují, jaká tloušťka je pro danou produktovou řadu standardní. V dřívějších dobách se jako podklad používala překližka a desky byly silnější. Postupem času se standardem staly lepší varianty, jako je epoxidové sklo (FR-4), které umožnily větší kontrolu nad konečnou tloušťkou.

Faktory, které ovlivňují tloušťku PCB a hmotnost mědi

Při plánování tloušťky desky a hmotnosti mědi zohledněte tyto konstrukční a výrobní faktory:

1. Hlavní nákladové faktory: velikost desky a počet vrstev do značné míry určují náklady.

2. Složitost PCB: počet vrstev a počet průchodek ovlivňuje tloušťku i cenu.

3. Použité materiály: materiály vybírejte podle provozních otáček, provozní frekvence a maximální provozní teploty.

4. Provozní prostředí: volbu tloušťky ovlivní to, zda deska musí odolávat vysokým teplotám, vlhkosti nebo mechanickému namáhání.

5. Výrobní faktory: velikost a počet otvorů, hmotnost mědi a možnosti povrchové úpravy ovlivňují tloušťku desky a konečný výsledek.

6. Metoda panelování, mezera mezi deskami a geometrie stopy: ovlivňují směrování, vyrobitelnost a konečné rozměry.

Jak určit tloušťku mědi a šířku stopy na PCB

Můžete použít kalkulačka šířky stopy pro zadání tloušťky mědi a šířky stopy potřebné pro určitý proud. Nástroj funguje jako běžná kalkulačka: zadáte proud, přípustné zvýšení teploty, hmotnost mědi, tloušťku desky plošných spojů a další specifikace a kalkulačka vám vrátí požadovanou šířku stopy a tloušťku mědi. Mnoho kalkulaček poskytuje přesnost až na 0,01 mm pro přesné výsledky. Pokud vaše aplikace vyžaduje, aby výsledná tloušťka nepřekročila určitou mez, naplánujte to a upravte stohování.

Co je třeba mít na paměti při výběru tloušťky PCB

Když se rozhodujete o tloušťce desky, abyste dosáhli lepší odolnosti a výkonu, mějte na paměti tyto specifikace a faktory:

• Hmotnost hotové desky.

• Požadovaná flexibilita nebo rigidita.

• Potřeby impedančního přizpůsobení pro vysokorychlostní signály.

• Výška komponent a prostor na desce.

• Kompatibilita se zbytkem mechanické konstrukce.

• Celková pravidla návrhu a omezení rozložení.

Jak je to s vlastní tloušťkou desky?

Surové panely a desky pro výrobu PCB jsou široce dostupné. Existuje mnoho možností přizpůsobení, takže výrobci mohou splnit specifické specifikace. Můžete si vybrat tloušťku od 0,2 mm až 6,3 mm na adrese 0,01 mm v mnoha obchodech. Obvykle se jedná o tyto kroky:

• Rozhodněte se, jakou tloušťku běžného jádra/pregránu chcete použít.

• Pro dosažení konečné tloušťky je porovnejte s měděnou fólií, pokovenou mědí a pájecí maskou.

Body, které je třeba mít na paměti při objednávání tloušťky na zakázku:

1. Doba vyřízení: neobvyklé tloušťky vyžadují nestandardní materiál, a proto se prodlužují dodací lhůty. To ovlivňuje harmonogramy dodávek a dobu vývoje.

2. Schopnost zařízení CM: vyberte si smluvního výrobce (CM), který má správné vybavení. Pokud CM není schopen vyrobit požadovanou tloušťku, možná budete muset přistoupit na kompromis a změnit některé konstrukční možnosti.

3. Další náklady: vlastní specifikace způsobují vyšší výrobní náklady. Speciální materiály, přísné tolerance a další procesní kroky zvyšují náklady.

Použití vlastní tloušťky může zlepšit výkon a jedinečnou funkci výrobku. Vícevrstvé a zakázkové desky jsou však spojeny s dodatečnou manipulací, procesními kroky a náklady na materiál. To může vícevrstvé zakázkové desky prodražit.

Spolehlivý výrobní partner pomáhá hladce dosáhnout požadované tloušťky. Obvyklým prvním krokem je výběr standardních hodnot tloušťky jádra/pregrátu a jejich následná kombinace s pokovenou mědí a měděnou fólií a zvolenou pájecí maskou a povrchovou úpravou.

Služby PHILIFAST a jejich nabídka

Ve společnosti PHILIFAST vycházíme vstříc potřebám zákazníků pomocí vysoce kvalitních a přesných prototypů. Dokážeme splnit standardní i nestandardní požadavky a dbáme na designový záměr. Mezi hlavní body našich služeb v oblasti zakázkové výroby desek plošných spojů patří:

• Přesné nabídky do 24 hodin.

• Proces na klíč dokončený do tří dnů pro mnoho standardních prototypů.

• Zkrácení doby nákupu díky koordinaci dodavatelů.

• Zaměřená kontrola kvality a certifikace podle potřeby.

• Vysoká kvalita PCB a automatická optická kontrola (AOI) ve výrobě.

Pokud potřebujete vyrobit desky plošných spojů, společnost PHILIFAST vám může nabídnout prototypy a výrobní služby. Zkontrolujeme požadavky zákazníka, projednáme počty vrstev, výběr materiálů, hmotnost mědi a další kritické parametry. Vysvětlíme vám také výhody a nevýhody těžké mědi a to, jak ovlivní náklady na desku, její hmotnost a vyrobitelnost.

Krátké technické shrnutí a doporučení

• Tlusté měděné desky plošných spojů jsou určeny pro aplikace s vysokými proudovými a tepelnými nároky.

• Používají mnohem silnější měď, která se běžně měří v oz/ft² nebo µm. Typické hodnoty tloušťky mědi se pohybují mezi 105 µm a 400 µm.

• Těžká měď zlepšuje proudovou zatížitelnost a odvod tepla. Snižuje tepelné namáhání a umožňuje menší rozvržení desek při stejném výkonu.

• Těžká měď se běžně nanáší galvanickým pokovováním. Zpevňuje také pokovené otvory a bočnice průchodek.

• Konstruktéři musí počítat s dodatečnou tloušťkou způsobenou pokovením, pájecí maskou a povrchovou úpravou. Hotová tloušťka není stejná jako tloušťka surového jádra. Zvažte toleranci surového materiálu a toleranci laminace.

• Standardní tloušťky hotových desek zahrnují 0,78 mm (0,031 palce), 1,57 mm (0,062 palce), a 2,36 mm (0,093 palce), s 1,57 mm jsou nejběžnější v obecné elektronice. Zakázkové desky mohou být v rozmezí od 0,2 mm až 6,3 mm.

• Při návrhu berte v úvahu faktory ovlivňující náklady (velikost a vrstvy), složitost (průchodky a vrstvy), materiály (rychlost, frekvence, maximální teplota) a provozní prostředí.