Hvad betyder “heavy-copper PCB”?

Printkort findes i mange typer. En af disse typer er højstrømsprintkort, også kaldet tunge kobberprintkort. Disse print har nyttige egenskaber til applikationer, der involverer høj strøm og skiftende temperaturer. PCB'er af tung kobber kan modstå højere temperaturer i længere tid, de kan håndtere højere strømhastigheder, og de giver stærkere loddeforbindelser og forbindelsespunkter.

Hvad er et højstrømsprintkort?

Et højstrømsprintkort er et printkort, der er designet til at understøtte en højere kritisk strømtæthed end et standardprintkort. Et standardprint kan kun understøtte strømme i titusindvis af ampere. Et højstrømskort kan bære hundreder eller endda tusinder af ampere, og det kan modstå højere temperaturer i lange perioder. Det unikke design af disse printkort bruger tykkere og tungere kobberlag, og det giver kortet en stærkere og mere holdbar elektrisk og mekanisk ydeevne.

PCB'er af tung kobber indeholder typisk mere end 3 ounces kobber pr. kvadratfod til at bære høje strømbelastninger. Selv når den samlede kobbermængde er mindre end 3 oz/ft², kan et kort stadig klassificeres som et PCB med tung kobber, hvis kobbertykkelsen på kritiske områder er mere end 4 oz/ft². Denne store mængde kobber bruges, når det ikke er muligt at tilføje bredde til et spor eller ikke er den bedste løsning.

På et printkort til en jævnstrømsmotor kan den standardsporbredde, der er nødvendig for at levere den nødvendige effekt, for eksempel være stor, fordi designerne skal tage højde for termiske begrænsninger. PCB'er af kraftigt kobber bruger i stedet Tykkere spor for at opnå samme strømkapacitet og samtidig holde sporbredden mindre. Det hjælper med at spare plads på kortet, samtidig med at den termiske og elektriske ydeevne bevares.

Du vil ofte opleve, at kobbertykkelsen i Heavy-copper boards varierer fra ca. 105 µm til 400 µm. Ud over den større kobbertykkelse er disse printplader i stand til at aflede varme ved høje temperaturer, samtidig med at de giver stærkere elektriske forbindelser. Denne termiske styring hjælper PCB'er med tung kobber med at undgå termisk stress og svigt under tung belastning.

Fordele ved tykt kobber i PCB-design

Varmestyring er vigtigere nu end nogensinde, fordi elektronisk udstyr kører i hårdere miljøer og med højere strømme. PCB'er af kraftigt kobber (f.eks. med interne og/eller eksterne kobberledere i størrelsesordenen 5 oz/ft² til 19 oz/ft², og nogle gange defineret som over 4 oz/ft²) hjælper med at lede varmen væk fra komponenterne. Denne egenskab kan i høj grad reducere fejl forårsaget af overophedning.

Producenter af printkort bruger kraftigt kobber til at skabe robuste lederplatforme. De resulterende plader giver bedre ledningsevne og større modstandsdygtighed over for termisk stress. De kan også opnå den samme strømkapacitet på et mindre område, fordi et enkelt lag kan bære mere kobbervægt, eller fordi flere kobbervægte er placeret på det samme lag.

De vigtigste fordele ved tykt kobber i PCB'er er bl.a:

• Reduceret termisk belastning på komponenter og print.

• Forbedret strømføringsevne.

• Evne til at overleve gentagne termiske cyklusser uden skader.

• Mindre færdig kortstørrelse i nogle designs, fordi kobberstabling reducerer behovet for flere lag.

Hvem har gavn af PCB med tungt kobber?

Industrier, der får klare fordele af tungt kobber, omfatter:

• Militær og forsvar.

• Biler.

• Solpanelsystemer (PV-invertere og tilhørende udstyr).

• Producenter af svejseudstyr.

• Industrielt kontroludstyr.

Disse industrier har ofte brug for printkort, der kan håndtere stor varmeafgivelse, og som leverer pålidelig strømfordeling. Gennemgående huller med kraftig kobberbelægning er særligt gode til at flytte varme til eksterne kølelegemer. God strømfordeling er afgørende for høj pålidelighed, og kraftigt kobber hjælper med at opnå det.

Tungt kobber er ikke nyt. Metoden har været i brug i mange år for at opfylde krævende militær- og forsvarskrav, som f.eks. våbenkontrolsystemer. Nu beder almindelige elektronikproducenter også om bedre varmefjernelse. Tungt kobber er derfor også blevet mere almindeligt i ikke-militære applikationer.

Hvordan tungt kobber fremstilles og bruges

PCB'er af tungt kobber fremstilles normalt ved en kombination af galvanisering og ætsning processer. Målet er at øge kobbertykkelsen, ikke bare på flade spor, men også på via sidevægge og belagte huller. Hvis et kort udsættes for mange produktionscyklusser, kan de belagte huller blive slidt eller svækket. Tilføjelse af tungt kobber styrker de belagte huller og forbedrer pålideligheden.

Med et kraftigt kobberkort kan du kombinere højstrøms- eller højeffektzoner og kontrol- eller signalkredsløb på samme kort. På den måde undgår man behovet for separate strømkort eller store eksterne ledninger i nogle systemer.

PHILIFAST arbejder sammen med kunderne for at bekræfte og forstå deres behov. Vi tilpasser fremstillingsprocesserne for tungt kobber til disse behov. For eksempel er det vigtigt at kende komponenttyperne, hvor mange lag der kræves, og hvilke materialer der skal bruges. PHILIFAST kan give et tilbud og forklare fordele og ulemper ved at bruge tungt kobber. Teknologiske fremskridt har muliggjort processer, der bruger både galvanisering og kantfræsning eller slibning for at nå den krævede kobbertykkelse og fladhed.

Værdier for kobbertykkelse brugt i PCB'er med kraftigt kobber

I praksis vil du finde følgende:

• Typisk Tungt kobber tykkelsesværdier falder inden for området 105 µm til 400 µm.

• Tungt kobber beskrives ofte i ounces pr. kvadratmeter eller ounces pr. kvadratfod (oz/ft²), eller i PCB-industrien mere almindeligt som oz pr. kvadratfod eller oz pr. ft², selvom mange leverandører bruger oz pr. kvadratfod eller konverter til µm.

• Standard kobbervægte som 1 oz svarer nogenlunde til 34-35 µm af kobbertykkelse for en enkelt side, men den færdige tykkelse afhænger af plettering, overfladefinish og laminering.

Når vias og gennemgående huller pletteres og derefter fortykkes, kan både hulkobberet og overfladekobberet stige, medmindre der tages særlige skridt til kun at kontrollere pletteringen i det borede hul.

Pladetykkelse og kobbervægt - indvirkning på PCB-design og -fremstilling

Når du skærer plader af råmateriale, er der to hovedproblemer Pladetykkelse og Kobbervægt. For rå pladetykkelser over 0,8 mm, er det almindeligt at bruge et standardsæt af tykkelser: 1,0 mm, 1,2 mm, 1,6 mm, 2,0 mm og 3,2 mm. For tykkelser under 0,8 mm, Disse betragtes ikke som standardserier. Tynde pladetykkelser tilpasses ofte. Almindelige værdier for tynde kernetykkelser, der bruges til indre lag, omfatter: 0,1 mm, 0,15 mm, 0,2 mm, 0,3 mm, 0,4 mm og 0,6 mm. Disse tynde kernematerialer bruges hovedsageligt som indre lag i flerlags-PCB'er.

Når du designer det ydre lag og vælger en færdig pladetykkelse, skal du tage højde for den ekstra tykkelse, der tilføjes under produktionen. Disse omfatter:

• Elektropletteret kobbertykkelse tilføjet under via- og hulplettering.

• Loddemaskens tykkelse.

• Overfladefinishens tykkelse (f.eks. varmluftslodning, ENIG-guldbelægning eller anden finish).

• Silketryk og kulstofblæktykkelse.

I praksis vil et helt færdigt bræt være ca. 0,05-0,1 mm end kernematerialet på grund af disse tilsætninger. Plader med tinbelægning viser typisk en større endelig tykkelsesforøgelse, omkring 0,075-0,15 mm.

For eksempel:

• Hvis dit behov for færdige plader er 2,0 mm, og du vælger 2,0 mm rå kernemateriale i opskæringsfasen, vil den endelige færdige plade normalt ende mellem 2,1 mm og 2,3 mm efter fabrikationstolerancer og forarbejdning.

• Hvis dit design absolut kræver, at den færdige plade skal være ikke mere end 2,0 mm, skal du anmode om et ikke-standardiseret råkort på 1,9 mm til fremstilling. I så fald skal producenten bestille ikke-standardiserede materialer fra en råvareleverandør, hvilket typisk vil forlænge leveringstiden.

Til konstruktion af det indre lag kan du justere den endelige laminerede tykkelse ved at vælge forskellige Prepreg tykkelser og ved at ændre lagopbygningen. Valget af kerne er fleksibelt. For eksempel for at nå en 1,6 mm endelige tykkelse, kan du vælge en 1,2 mm kerne eller en 1,0 mm kerne kombineret med passende prepreg-lag, så længe den endelige laminering holder den færdige tykkelse inden for det acceptable område.

Tolerance for pladetykkelse - hvad du kan forvente

PCB-designere skal overveje tolerancen for det færdige korts tykkelse sammen med tolerancerne for produktsamlingen. De vigtigste bidragsydere til den endelige tykkelsesvarians er:

1. Råmaterialets tolerance fra tavleleverandøren.

2. Tolerance i lamineringsprocessen, når flere lag og prepregs presses sammen.

3. Ekstra tykkelse fra det yderste lag kobber og plettering.

Typiske tolerancer for råmaterialets tykkelse, som ofte angives for almindelige paneler, er:

• For 0,8-1,0 mm: ±0,1 mm.

• For 1,2-1,6 mm: ±0,13 mm.

• For 2,0 mm: ±0,18 mm.

• For 3,0 mm: ±0,23 mm.

Lamineringstolerancen afhænger af antallet af lag og den samlede tykkelse. Den kontrolleres almindeligvis inden for ±(0,05-0,1) mm. Kort, der indeholder kantstik eller kortkantkontakter (som en trykt kortkant til et stik), skal vælges omhyggeligt med hensyn til tykkelse og tolerance for at matche stikspecifikationerne.

Overfladekobbertykkelse og standarder for plettering

Via-kobber og belagt hulkobber dannes ved kemisk aflejring efterfulgt af galvanisering. Hvis du øger tykkelsen på de belagte huller, vil tykkelsen på overfladekobberet ofte også stige, medmindre du træffer særlige kontrolforanstaltninger.

Ifølge IPC-A-600G standard er den mindste kobberbelægningstykkelse for belagte huller:

• Til klasse 1- og klasse 2-udførelse: 20 µm.

• Til udførelse i klasse 3: 25 µm.

Når du angiver en kobbervægt på 1 oz, Husk, at 1 oz svarer typisk til en minimal rå folietykkelse i visse systemer, og den færdige tykkelse efter plettering kan være højere. For eksempel, hvis den rå folie giver et minimum af 15,4 µm for et nominelt 1 oz materiale i nogle produktionsspecifikationer, efter at have tilladt 2-3 µm af muligt tolerancetab, kan minimumet nå op på 33,4 µm i praksis. Hvis du vælger et højere råmateriale eller pletteringsmål, kan den færdige kobbertykkelse nå 47,9 µm eller mere afhængigt af fremstillingsmetoden. Andre værdier for kobbertykkelse følger lignende beregningsregler.

Hvordan vælger man PCB-tykkelse - hvad er standard?

PCB-emner (rå paneler) har ikke en enkelt fast global tykkelse. Men markedskonventioner og efterspørgsel gør visse tykkelser til standard. Du kan få en større færdigpladetykkelse ved at stable flere prepregs og kerner.

Almindelige standardtykkelser på færdige plader er:

• 0,031 tommer (0,78 mm).

• 1,57 mm (0,062 tommer).

• 0,093 in (2,36 mm).

Den mest almindelige færdige tykkelse i almindelig elektronik er 1,57 mm eller 0,062 tommer. Men brugere og specifikke anvendelser bestemmer, hvilken tykkelse der er standard for en produktlinje. I begyndelsen brugte man krydsfiner som underlag, og pladerne var tykkere. Med tiden blev bedre muligheder som epoxyglas (FR-4) standard og gav mere kontrol over den færdige tykkelse.

Faktorer, der påvirker PCB-tykkelse og kobbervægt

Når du planlægger pladetykkelse og kobbervægt, skal du overveje disse design- og produktionsfaktorer:

1. Vigtige omkostningsdrivereBoardstørrelse og antal lag bestemmer i høj grad prisen.

2. PCB-kompleksitet: antal lag og antal vias påvirker både tykkelse og pris.

3. Anvendte materialer: Vælg materialer ud fra driftshastighed, driftsfrekvens og maksimal driftstemperatur.

4. Driftsmiljø: om pladen skal kunne modstå høj temperatur, fugtighed eller mekanisk belastning vil påvirke valget af tykkelse.

5. Produktionsfaktorer: hulstørrelser og -antal, kobbervægt og overfladebehandling påvirker pladetykkelsen og det endelige resultat.

6. Paneliseringsmetode, mellemrum mellem plader og sporingsgeometri: disse påvirker routing, fremstillingsmuligheder og endelige dimensioner.

Sådan specificerer du PCB-kobbertykkelse og sporbredde

Du kan bruge en Beregner af sporbredde til at angive den kobbertykkelse og sporbredde, der er nødvendig for en bestemt strøm. Værktøjet fungerer som en almindelig lommeregner: Du indtaster strømmen, den tilladte temperaturstigning, kobbervægten, PCB-tykkelsen og andre specifikationer, og lommeregneren returnerer den nødvendige sporbredde og kobbertykkelse. Mange beregnere giver præcision ned til 0,01 mm for at få præcise resultater. Hvis din applikation kræver, at den færdige tykkelse holder sig under en given grænse, skal du planlægge i overensstemmelse hermed og justere opstillingen.

Ting, man skal huske, når man vælger PCB-tykkelse

Husk disse specifikationer og faktorer, når du vælger pladetykkelse for at få bedre holdbarhed og ydeevne:

• Vægt af det færdige bræt.

• Fleksibilitet eller stivhed påkrævet.

• Behov for impedanstilpasning til højhastighedssignaler.

• Komponenthøjde og plads på pladen.

• Kompatibilitet med resten af det mekaniske design.

• Overordnede designregler og layoutbegrænsninger.

Hvad med tilpasset pladetykkelse?

Rå paneler og plader til PCB-fremstilling er bredt tilgængelige. Der findes mange tilpasningsmuligheder, så producenterne kan opfylde specifikke specifikationer. Du kan vælge tykkelse fra 0,2 mm til 6,3 mm i 0,01 mm trin i mange butikker. Trinene er normalt:

• Beslut dig for, hvilke fælles kerne-/prepreg-tykkelser du vil bruge.

• Match dem med kobberfolie, belagt kobber og loddemaske for at opnå den færdige tykkelse.

Punkter, du skal huske, når du bestiller tilpasset tykkelse:

1. Gennemførelsestid: ualmindelige tykkelser kræver ikke-standardiserede materialer, og derfor øges leveringstiden. Det påvirker leveringsplaner og udviklingstid.

2. CM-udstyrets kapacitetVælg en kontraktproducent (CM), der har det rigtige udstyr. Hvis CM'en ikke kan fremstille den ønskede tykkelse, kan det være nødvendigt at gå på kompromis og ændre nogle designvalg.

3. Ekstra omkostninger: Tilpassede specifikationer medfører højere produktionsomkostninger. Særlige materialer, strenge tolerancer og ekstra procestrin øger omkostningerne.

Brugerdefinerede tykkelser kan forbedre produktets ydeevne og unikke funktion. Men flerlags og specialfremstillede plader medfører ekstra håndtering, procestrin og materialeomkostninger. Det kan gøre specialfremstillede flerlagsplader dyre.

At have en pålidelig produktionspartner hjælper med at nå den ønskede tykkelse uden problemer. Det sædvanlige første skridt er at vælge standardværdier for kerne/prepreg-tykkelse og derefter kombinere dem med belagt kobber og kobberfolie og den valgte loddemaske og overfladefinish.

PHILIFAST-tjenester og hvad vi tilbyder

Hos PHILIFAST opfylder vi kundernes behov med nøjagtige prototyper af høj kvalitet. Vi kan understøtte både standard- og brugerdefinerede krav, og vi er opmærksomme på designintentionen. Højdepunkterne i vores tilpassede PCB-produktionstjenester omfatter:

• Præcise tilbud inden for 24 timer.

• Nøglefærdig proces afsluttet på tre dage eller mindre for mange standardprototyper.

• Forkortet indkøbstid gennem koordinering af leverandører.

• Fokuseret kvalitetskontrol og certificering efter behov.

• Høj PCB-kvalitet og automatiseret optisk inspektion (AOI) i produktion.

Hvis du har brug for fremstilling af printkort, kan PHILIFAST tilbyde prototyper og produktionsservice. Vi tjekker kundens krav, diskuterer antal lag, materialevalg, kobbervægt og andre kritiske parametre. Vi forklarer også fordele og ulemper ved tungt kobber, og hvordan det vil påvirke printkortets pris, vægt og fremstillingsmuligheder.

Kort teknisk resumé og anbefalinger

• PCB'er af tykt kobber er beregnet til applikationer med høj strømstyrke og højt varmebehov.

• De bruger meget tykkere kobber, som ofte måles i oz/ft² eller µm. Typiske værdier for tykt kobber ligger mellem 105 µm og 400 µm.

• Tungt kobber forbedrer strømføringsevnen og varmeafledningen. Det reducerer den termiske belastning og kan give mulighed for mindre kortlayout med samme effekt.

• Tungt kobber anvendes almindeligvis ved galvanisering. Det styrker også pletterede huller og via sidevægge.

• Designere skal planlægge for ekstra tykkelse forårsaget af plettering, loddemaske og overfladefinish. Færdig tykkelse er ikke det samme som rå kernetykkelse. Overvej råmaterialets tolerance og lamineringstolerancen.

• Standardtykkelser på færdige plader omfatter 0,78 mm (0,031 tommer), 1,57 mm (0,062 tommer), og 2,36 mm (0,093 tommer), med 1,57 mm som er de mest almindelige inden for generel elektronik. Brugerdefinerede kort kan variere fra 0,2 mm til 6,3 mm.

• Når du designer, skal du overveje omkostningsdrivere (størrelse og lag), kompleksitet (vias og lag), materialer (hastighed, frekvens, maks. temperatur) og driftsmiljøet.