Výroba plošných spojů z těžké mědi - PCBasic

Moderní elektronika čelí rostoucím problémům s výkonem, spolehlivostí a tepelnými problémy; proto se těžké měděné desky plošných spojů (PCB) stávají předním technologickým řešením. Desky plošných spojů obvykle používají v konvenční technologii měděné vrstvy o tloušťce kolem 1 oz/ft², ale těžké měděné desky plošných spojů používají mnohem těžší měděné stopy a roviny.

Odborníci v oboru charakterizují těžkou měděnou desku plošných spojů (PCB) jako takovou, která obsahuje 3 μm (105 oz/ft²) nebo více mědi ve svých vnitřních nebo vnějších vrstvách. Některé zdroje uvádějí, že lze zahrnout i desky s tloušťkou mědi 2 μm (70 oz/ft²). Tyto specializované desky se obvykle skládají z mědi o tloušťce od 3 do 20 g/ft² a některé extrémní verze mohou dosáhnout až 200 g/ft².

Těžké měděné desky plošných spojů (PCB) mají oproti běžným deskám zjevně výhody. Přidaná hmotnost mědi zajišťuje cesty s nízkým odporem pro proudy v energeticky náročných zařízeních, což je činí efektivnějšími a snižuje riziko vyhoření. Pro příklad si vezměme desky plošných spojů o tloušťce 3 g mědi, které spolehlivě zvládnou proudy 10–20 ampérů po dobu 10 let, zatímco desky o tloušťce 10 g zvládnou více než 50 ampérů.

Tyto desky mají mimořádně dobré tepelné vlastnosti a umožňují součástkám pracovat za optimálních teplot i v náročných podmínkách. Pevnost jejich otvorů a konektorů je vylepšena robustními měděnými prvky, díky čemuž mají zvýšenou odolnost vůči teplotním cyklům, vibracím a mechanickému namáhání.

Výroba silných měděných desek plošných spojů vyžaduje speciální procesy leptání a pokovování. Moderní výrobní procesy kombinují procesy pokovování a leptání, což vede k rovným bočním stěnám s minimálním podříznutím, na rozdíl od předchozích procesů, které vedly k drsným bočním stěnám vodivých vodičů. Výrobci nyní mohou na stejné desce nést obvody pro vysoký proud a standardní řídicí obvody, protože mohou do stejné vrstvy nanášet různé hmotnosti mědi.

Tato technologie reaguje na rostoucí poptávku spotřebitelů po elektronických produktech se zvýšenou tepelnou vodivostí, tolerancí vysokého napětí a lepším výkonem v náročných podmínkách.

Co je to Těžká měď PCB (nebo Silná měděná deska plošných spojů)?

Standardní desky plošných spojů (PCB) obsahují měděné vrstvy o tloušťce 1 až 3 gramů, což je vhodné pro běžnou elektroniku. Těžké měděné desky plošných spojů (nebo tlusté měděné desky plošných spojů) zahrnují desky s tloušťkou mědi přesahující 3 μm (2 oz) nebo větší. Někteří odborníci z oboru nazývají desky s tloušťkou mědi přesahující 70 μm (XNUMX oz) těžkými měděnými deskami plošných spojů.

Tyto desky plošných spojů pro specifické aplikace obvykle obsahují měď o tloušťce od 4 do 10 gramů. Super silné verze jsou schopny zvládat mimořádné proudové zatížení a dosahují až 20 až 200 gramů na čtvereční stopu. Zvětšená tloušťka mědi mění elektrické a tepelné vlastnosti desky.

Těžké měděné desky plošných spojů (PCB) se nejlépe hodí pro aplikace s vysokým výkonem, kde je extrémně vysoká tepelná regulace spojena s vysokými proudy. Běžné desky plošných spojů by v takových extrémních podmínkách nevydržely, ale těžké měděné desky jsou pro řízení toku proudu ideální.

O PCBasicu

Čas jsou ve vašich projektech peníze – a PCBasic chápe PCBasic je montážní firma PCB který pokaždé přináší rychlé a bezchybné výsledky. Náš komplexní Montážní služby PCB zahrnují odbornou technickou podporu v každém kroku, což zajišťuje špičkovou kvalitu každé desky. Jako přední Výrobce sestav PCB, Nabízíme komplexní řešení, které zefektivní váš dodavatelský řetězec. Spolupracujte s naší pokročilou Továrna na prototypy desek plošných spojů pro rychlé vyřízení a vynikající výsledky, na které se můžete spolehnout.

Vnitřní struktura Těžká měď desky

Těžké měděné desky plošných spojů se vyrábějí specializovanými procesy, které jdou nad rámec běžné výroby desek. Jednoduchý proces je nicméně stejný – leptání a galvanické pokovování – ale tyto desky vyžadují pouze speciální techniky leptání a pokovování. To zajišťuje boční stěny tras a podřezání podle přesných specifikací.

Výrobci používají k výrobě těchto specializovaných desek několik technik:

● Proces modrého pruhu

Silné měděné tyče vstupují přímo do desky plošných spojů. To minimalizuje celkovou hmotnost a zlepšuje rovinnost, protože pryskyřice proniká do měděných oblastí obvodu.

● Depozice laminátu

Tato technika využívá silnou měděnou základnu pro spolehlivost a konzistenci. Nabízí také snadnou kontrolu hran pro jemné stopy.

● Pohřbená měď

V prepregu je předem instalována silná měď. Tloušťka pryskyřice a řezání laserem jsou určujícími faktory tloušťky mědi.

Nerovnoměrná tloušťka je i nadále největší technickou překážkou ve výrobě. Výrobci musí správně nastavit polohy kontaktních plošek a zarovnání vrstev, aby dosáhli vyváženého rozložení mědi v desce.

Proč Těžká měď PCBPoužívají se?

Automobilový průmysl, výkonová elektronika a průmyslová zařízení vyžadují desky, které snesou náročné podmínky. Těžké měděné desky plošných spojů byly navrženy tak, aby snášely takové vysoké požadavky a poskytovaly řešení tam, kde běžné desky jen rychle selhávají.

Běžná deska plošných spojů VS. Těžká měď PCB

Standardní a těžké měděné desky plošných spojů (PCB) se liší hlavně v hmotnosti mědi. Běžné komerční desky plošných spojů používají tloušťku mědi v rozmezí 0.5 až 3 oz/ft², což je dostatečné pro přenos signálu, ale nestačí pro energeticky náročné konstrukce. Těžké měděné desky plošných spojů používají tloušťku mědi v rozmezí 4 až 60 oz/ft², a proto nabízejí mnohem silnější platformu pro energeticky náročné konstrukce.

vlastnost	Obyčejné PCB	Těžká měď PCB
Tloušťka mědi	0.5 oz/ft² až 2 oz/ft²	3 oz/ft² až 20+ oz/ft²
Současná kapacita	Normální (omezený proud)	Mnohem vyšší (ideální pro vysoký proud)
Mechanická síla	Standard	Velmi silný a robustní
Ztráta tepla	Středně	Výborná (zvládá více tepla)
Výrobní obtížnost	Jednodušší, levnější	Těžší, dražší
Běžné aplikace	Spotřební elektronika, počítače	Napájecí zdroje, automobilové, vojenské, průmyslové systémy
Stát	Spodní	Vyšší

Výhody Těžká měď PCBs

Dodatečná hmotnost mědi promění nestabilní desku plošných spojů v silnou a stabilní platformu pro zapojení. Těžké měděné desky plošných spojů nabízejí cesty s nízkým odporem pro proudy v energeticky náročných zařízeních, a tím zvyšují účinnost a snižují riziko vyhoření.

● Vysoká proudová zatížitelnost

Prototypové desky plošných spojů o tloušťce 3 oz mědi zvládnou proud 10–20 ampérů konzistentně po dobu více než deseti let. Desky o tloušťce 10 oz snadno zvládnou více než 50 ampérů. Tento obrovský nárůst schopnosti zavádět proud činí tyto prototypové desky plošných spojů ideálními pro aplikace s vysokou hustotou výkonu.

● Vynikající odvod tepla

Dodatečná měděná hmotnost slouží jako chladič a efektivně odvádí teplo od energeticky náročných součástí. Toto vylepšené řízení teploty zabraňuje vzniku přehřátých míst a zvyšuje spolehlivost systému.

● Zvýšená mechanická pevnost v místech konektorů

TCT (tepelný cyklický test) ukazuje u desek s měděným pokovením o tloušťce alespoň 0.57 mil (2.5 mm) po osmi cyklech nepatrnou míru selhání XNUMX %. Díky této zvýšené mechanické pevnosti jsou tyto desky plošných spojů ideální pro konektory a pokovené průchozí otvory, kde běžné desky selhávají.

● Vysoká spolehlivost v náročných podmínkách

Tyto desky plošných spojů jsou vysoce odolné vůči mechanickému namáhání v důsledku tepelných cyklů. Tato vynikající trvanlivost je důvodem jejich širokého využití v leteckém, obranném a průmyslovém průmyslu, zejména tam, kde je selhání nepřijatelné.

Úvahy o designu pro Těžká měď PCBs

Návrh desek plošných spojů z těžké mědi musí být prováděn s mimořádnou opatrností, protože technické parametry se výrazně liší od standardních postupů návrhu desek plošných spojů. Je třeba vzít v úvahu řadu důležitých faktorů, které by měly být relevantní pro výrobní výkon, spolehlivost a vyrobitelnost, zejména při práci s mědí o hmotnosti přesahující 3 oz/ft².

Tloušťka mědi a šířka stopy 

Tloušťka měděných desek plošných spojů a šířka vodivých linek mají v konstrukci silných měděných desek plošných spojů kritický vztah. Minimální šířka vodivých linek se musí zvětšovat s tloušťkou mědi. Standardní konstrukční pravidla již neplatí – šířka linie 3 mil, která je dostatečná pro tloušťku 0.5 oz nebo 1 oz mědi, nebude stačit pro těžší materiály. Desky s vrstvou mědi o tloušťce 3-20 oz potřebují pro adekvátní výrobu vodivé lišty mnohem širší. Během leptání silnější mědi je nutné agresivnější chemické působení, takže konstruktéři musí počítat s možným podříznutím.

Jak vybrat správnou tloušťku mědi

Optimální způsob výběru správné tloušťky měděné desky plošných spojů začíná zjištěním aktuálních požadavků vaší aplikace. Kalkulátory šířky tras jsou skvělými nástroji pro získání tří takových parametrů: šířky trasy, proudové zatížitelnosti a nárůstu teploty. Tyto nástroje dokáží vypočítat třetí parametr, pokud jsou jako vstupy zadány dva parametry, což vám umožní vybrat nejlepší tloušťku měděné desky plošných spojů. Tam, kde aplikace vyžadují proud větší než 100 A, nejsou standardní trasy vhodné a je nutné použít měděné sběrnice.

Proudová kapacita

Proudová zatížitelnost má matematickou korelaci s hmotností mědi na desce plošných spojů a velikostí vodičů. IPC-2221 nám poskytuje vzorec I = KΔT^0.44 × A^0.75, kde K je 0.024 pro vnitřní vodiče a 0.048 pro vnější vodiče. Vnitřní vrstvy unesou pouze polovinu proudové zatížitelnosti exponovaných vodičů. Nárůst teploty by se ve většině aplikací měl pohybovat mezi 10-20 °C. Teplo způsobené ztrátami I²R by mělo být dostatečně rozptýleno, aby se zabránilo selhání součástky.

Výběr substrátu a izolačního materiálu

Hmotnost mědi na deskách plošných spojů (PCB) zvyšuje důležitost výběru substrátu. Tloušťka desky bude muset být pro 1.6 oz mědi větší než 20 mm. Použití desek plošných spojů s vysokým obsahem měděného jádra vyžaduje materiály s vysokým Tg a srovnatelným součinitelem tepelné roztažnosti (CTE). FR-4 funguje, ale desky plošných spojů s kovovým jádrem (MCPCB) nabízejí lepší tepelné výhody. Některé extrémní aplikace budou vyžadovat speciální lamináty s lepší tepelnou vodivostí.

Tepelný management a koeficient tepelné roztažnosti (CTE)

CTE (koeficient tepelné roztažnosti) měří, o kolik se deska plošných spojů roztahuje s teplotou, ppm / ° C.

Standardní lamináty FR-4 mít CTE 14–17 ppm/°C.

Pouzdra křemíkových čipů mají nižší CTE přibližně 6 ppm / ° C.

Nesoulad CTE mezi PCB a čipy způsobuje koncentrace stresu během teplotních změn.

Těžké měděné PCB potřeba minimální nesoulad CTE protože silná měď generuje velké tepelné síly.

Těžká měď PCBVýrobní proces

Výroba silných měděných desek plošných spojů vyžaduje specializované procesy, které se výrazně liší od standardní výroby desek plošných spojů. Běžné desky plošných spojů používají jednoduché postupy leptání a pokovování. Silné měděné desky vyžadují pokročilé techniky pro zvládnutí extrémních požadavků na tloušťku mědi.

1. Tradiční výrobní metody

Tradiční metody vytvářely těžké měděné prvky leptáním silného měděného laminovaného deskového materiálu. To vedlo k nerovným bočním stěnám tras a nadměrnému podřezání. Moderní technologie pokovování nyní kombinuje pokovování a leptání a vytváří rovné bočnice s minimálním podřezáním.

2. Zpracování tloušťky mědi a vrstev

Výrobci obvykle leptají měděné lamináty pro desky plošných spojů s tloušťkou mědi menší než 10 ml. Vnitřní vrstvy leptají přímo na měděné lamináty. Vnější vrstvy procházejí dodatečným galvanickým pokovováním, aby se dosáhlo požadované tloušťky. Deska plošných spojů s tloušťkou 3 ml mědi používá 3 ml měděných laminátů pro vnitřní vrstvy a 2 ml materiálu pro vnější vrstvy. Galvanické pokovování přidává zbývající měď.

3. Výroba pro Ultra-Tlusté měděné PCB

Desky plošných spojů s tloušťkou mědi 10 g nebo větší se vyrábějí z červené měděné fólie namísto měděných laminátů. Tato fólie se kombinuje s prepregem a vytváří ultra silné měděné desky plošných spojů.

4. Výzvy s pájecí maskou

Aplikace pájecí masky představuje při výrobě těžké mědi specifické problémy. Tradiční sítotisk často vede k nerovnoměrné tloušťce pájecí masky. Inkoust se hromadí v rozích obvodu a kolem průchodů. Někteří výrobci používají technologii elektrostatického stříkání, která nanáší pájecí masku rovnoměrně po povrchu desky.

Možnost kombinovat těžkou měď se standardními prvky na jedné desce nabízí značné výrobní výhody. Tato kombinace snižuje počet vrstev, zajišťuje nízkoimpedanční rozvod energie a vytváří menší rozměry s potenciálními úsporami nákladů. Obvody pro vysoký proud a jejich řídicí obvody dříve potřebovaly samostatné desky. Nyní se hladce kombinují a vytvářejí vysoce husté, ale jednoduché struktury desek.

Přísné kontroly procesů a kompletní testování zajišťují, že tyto specializované desky splňují požadavky aplikací s vysokým výkonem.

Aplikace Těžká měď PCBs

Těžké měděné desky plošných spojů jsou nezbytné v průmyslových odvětvích, kde běžné desky plošných spojů nezvládají elektrické, tepelné ani mechanické požadavky. Tyto specializované desky jsou základem mnoha kritických systémů.

1. Automobilový průmysl

Automobilový průmysl se vyznačuje silnými měděnými deskami plošných spojů (PCB) vynikajícím využitím v systémech nabíjení elektromobilů a regulátorech motorů. Tyto desky umožňují systémům správy baterií zvládat proudy až 100 ampérů během nabíjecích a vybíjecích cyklů. Jejich schopnost zvládat teploty nad 150 °C je předurčuje pro automobilové prostředí.

2. Systémy distribuce energie

Systémy distribuce energie se nyní silně spoléhají na tyto desky plošných spojů. Společnosti je používají v budicích systémech pro regulátory výkonu, systémy spínaní sítí, usměrňovače s vysokým výkonem a relé proti přetížení. Moderní měděné desky s plošnými spoji nahradily starší metody kabelového rozvodu a plechování, čímž zefektivnily procesy a zvýšily spolehlivost produktů.

3. Vojenské a letecké aplikace

Vojenský a letecký průmysl jsou závislé na těchto specializovaných deskách plošných spojů (PCB) pro systémy řízení zbraní, radarová zařízení a monitorovací systémy. Elektronika v avionice a komunikačních systémech vydrží déle díky svému výjimečnému mechanickému výkonu v náročných podmínkách.

4. Systémy obnovitelné energie

Systémy obnovitelné energie potřebují těžké měděné desky plošných spojů více než kdy jindy. Solární střídače, regulátory větrných turbín a řídicí panely vodních elektráren používají tyto desky k řízení vysokého energetického zatížení. Například solární střídač s výkonem 5 kW by mohl používat vodiče určené pro 30 ampérů.

5. Lékařské vybavení

Lékařské přístroje, jako jsou zobrazovací zařízení a systémy pro monitorování pacientů, fungují lépe se spolehlivými těžkými měděnými flexibilními deskami plošných spojů. Průmyslové automatizační systémy je používají v bezpečnostních systémech, svářecích zařízeních a přepěťových ochranách, kde jsou běžné vysoké proudy a napětí.

6. Pokroky ve výrobní technologii

Pokroky ve výrobních technologiích pomohly těmto specializovaným deskám nahradit tradiční metody přenosu. Tato změna zmenšila rozměry produktů a zároveň je učinila spolehlivějšími.

PCBasic Těžká měď PCB Výrobní schopnosti

PCBasic je předním výrobcem silných měděných desek plošných spojů. PCBasic je také jedním z předních čínských dodavatelů silných měděných desek plošných spojů. Své silné měděné produkty definují jako desky s vnitřní nebo vnější tloušťkou mědi větší nebo rovnou 3OZ (105 μm). Jejich ultra silné měděné desky plošných spojů zvládají výjimečné energetické nároky s deskami, které přesahují 300 μm.

Pokročilé výrobní techniky společnosti jdou daleko za rámec standardní výroby desek plošných spojů. Největším problémem při výrobě silných měděných svarů jsou značné ztráty vrtáků v důsledku zvýšené tloušťky mědi. Společnost PCBasic používá k řešení tohoto problému specializované silné měděné vrtáky UC. Jejich vybavení a optimalizované parametry vrtání vytvářejí stěny otvorů, které zůstávají ploché a hladké, a to i při použití mimořádně silné mědi.

Fáze leptání hraje zásadní roli při výrobě silných měděných desek plošných spojů. PCBasic ji nazývá svou klíčovou technologií ve výrobě obvodů. S rostoucí tloušťkou mědi je obtížnější udržet kvalitu obvodů.

Společnost PCBasic se stala odborníky na sítotiskové techniky pro aplikace s těžkými měděnými materiály. Zaměřuje se na silné vazebné síly mezi pájecí maskou a základním materiálem. Vakuové čerpadlo pájecí masky eliminuje problémy s kvalitou způsobené bublinami v pájecí masce, které se u silnějších mědí stávají častějšími.

Všechny tlusté měděné desky plošných spojů od PCBasic používají materiály s vysokým TG, proto společnost investovala do specializovaných titanem pokovených nožů pro řezání hran desek. Tato investice zajistí hladký povrch hran desek během výroby.

Oddělení výzkumu a vývoje vytvořilo kompletní dokumentaci včetně „Pokynů pro návrh a provoz silných měděných desek plošných spojů“ a „Řízení poruchových režimů pro silné měděné desky plošných spojů“. Tyto systémy řídí návrh produktu, procesní parametry a testování hotového produktu tak, aby splňovaly požadavky zákazníka.

Díky tomuto komplexnímu systému je PCBasic jedním z nejlepších výrobců silných měděných desek plošných spojů, které spolehlivě slouží v náročných aplikacích. Jejich produkty fungují dobře v lékařských zařízeních, průmyslových automatizačních zařízeních, automobilových systémech, vysokorychlostní železnici, lodích, vojenských produktech a LED osvětlovacích systémech.

Proč investovat do čističky vzduchu?

Vysokokapacitní desky s plošnými spoji (PCB) s vysokým obsahem mědi jsou klíčové pro moderní výkonnou elektroniku s tloušťkou mědi 3 oz/ft² nebo větší. Takové desky zvládnou proudy přes 50 ampérů bez ztráty tepelné stability, což je činí klíčovými pro energeticky náročné aplikace.

Těžká měď z desek plošných spojů vyniká svým tepelným rozlišením, zvyšuje spolehlivost a zabraňuje selhání součástek v extrémních podmínkách. Tato technika nahrazuje staré metody přenosu energie, což vede k malým a efektivnějším produktům.

Pro návrh těžkých měděných desek plošných spojů jsou nutné pečlivé výpočty proudu, výběr substrátu a tepelná roztažnost. Pro jejich výrobu jsou důležité specifické výrobní postupy, jako je leptání a pokovování.

Trh s deskami plošných spojů z těžké mědi roste v odvětvích, jako je automobilový průmysl, armáda, obnovitelné zdroje energie a lékařství. S vývojem elektronických systémů zvýší pokrok v této technologii hustotu výkonu a spolehlivost pro budoucí aplikace.