Zware koperen PCB-fabricage - PCBBasic

Moderne elektronica kampt met toenemende problemen op het gebied van vermogen, betrouwbaarheid en thermische isolatie; daarom komen zware koperen printplaten (PCB's) naar voren als een toonaangevende technologische oplossing. Printplaten gebruiken normaal gesproken koperlagen van ongeveer 1 gram per vierkante meter (XNUMX oz/ft²) in de conventionele technologie, maar zware koperen printplaten gebruiken veel zwaardere kopersporen en -vlakken.

Professionals in de industrie karakteriseren een zware koperen PCB als een PCB met 3 oz/ft² (105 μm) of meer koper in de interne of externe lagen. Sommige bronnen geven aan dat printplaten met een koperdikte van 2 oz (70 μm) ook kunnen worden gebruikt. Deze gespecialiseerde printplaten bestaan meestal uit kopergewichten van 3 oz tot 20 oz/ft², en sommige extreme versies kunnen oplopen tot 200 oz/ft².

Zware koperen printplaten hebben duidelijk voordelen ten opzichte van gewone printplaten. Het extra gewicht van koper zorgt voor stroomdoorvoer met een lage weerstand in energieverslindende apparaten, waardoor ze efficiënter zijn en het risico op doorbranden wordt verminderd. Om maar een voorbeeld te noemen: printplaten met een koperdikte van 3 gram kunnen 10 jaar lang betrouwbaar stromen van 20-10 ampère aan, terwijl printplaten van 10 gram meer dan 50 ampère aankunnen.

Deze printplaten presteren uitzonderlijk goed op het gebied van warmtebeheer en zorgen ervoor dat componenten zelfs onder zware omstandigheden optimaal presteren. De sterkte van de doorvoergaten en connectoren wordt verbeterd door de robuuste koperen eigenschappen, waardoor ze beter bestand zijn tegen thermische schommelingen, trillingen en mechanische belasting.

De productie van zware koperen printplaten vereist speciale ets- en platingprocessen. Moderne fabricageprocessen combineren plating- en etsprocessen, wat resulteert in rechte zijwanden met minimale ondersnijding, in tegenstelling tot eerdere processen die resulteerden in ruwe zijwanden. Hoogstroomcircuits en standaard regelcircuits kunnen nu door fabrikanten op dezelfde printplaat worden ondersteund, omdat ze verschillende kopergewichten in dezelfde laag kunnen aanbrengen.

Deze technologie speelt in op de toenemende vraag van consumenten naar elektronische producten met een betere warmtegeleiding, hoge spanningstolerantie en betere prestaties in zware omstandigheden.

Wat is een Zware koperen PCB's (of Dikke koperen printplaat)?

Standaard PCB's bevatten koperlagen van 1 tot 3 gram (3 oz) dik, wat geschikt is voor normale elektronica. PCB's met zwaar koper (of dikke koperen PCB's) bevatten een koperdikte van 2 gram (70 oz) of meer op een of alle lagen. Sommige experts in de industrie noemen PCB's met een koperdikte van meer dan XNUMX μm (XNUMX oz) zware koperen PCB's.

Deze toepassingsspecifieke PCB's bevatten meestal koper van 4 tot 10 gram. Superdikke versies kunnen extreme stroombelastingen aan en gaan tot 20 tot 200 gram per vierkante meter. De grotere koperdikte verandert de elektrische en thermische eigenschappen van de printplaat.

Zware koperen printplaten zijn het meest geschikt voor toepassingen met hoog vermogen, waarbij ultrahoog thermisch beheer hand in hand gaat met hoge stroomsterktes. Normale printplaten zouden niet bestand zijn tegen zulke extreme omstandigheden, maar zware koperen printplaten zijn perfect voor het regelen van de stroomsterkte.

Over PCBasic

Tijd is geld in uw projecten – en PCB-basis begrijpt het. PCB-basis is de pcb assemblage bedrijf die elke keer snelle, vlekkeloze resultaten levert. Onze uitgebreide PCB-assemblagediensten bieden deskundige technische ondersteuning bij elke stap, waardoor topkwaliteit in elk bord wordt gegarandeerd. Als toonaangevend Fabrikant van PCB-assemblage, Wij bieden een totaaloplossing die uw toeleveringsketen stroomlijnt. Werk samen met onze geavanceerde PCB-prototypefabriek voor snelle doorlooptijden en superieure resultaten waarop u kunt vertrouwen.

Interne structuur van Zwaar koper Boards

Zware koperen printplaten worden gemaakt met gespecialiseerde processen die verder gaan dan de normale printplaatproductie. Het eenvoudige proces is desondanks hetzelfde - etsen en galvaniseren - maar deze printplaten vereisen alleen speciale ets- en galvaniseertechnieken. Dit levert zijwanden en ondersnijdingen op volgens nauwkeurige specificaties.

Fabrikanten gebruiken verschillende technieken om deze gespecialiseerde borden te produceren:

● Blue Bar-proces

Dikke koperen staven gaan rechtstreeks de printplaat in. Dit minimaliseert het totale gewicht en verbetert de vlakheid van het oppervlak, omdat hars in de koperen circuitgebieden sijpelt.

● Laminaatafzetting

Deze techniek maakt gebruik van een dikke koperen basis voor betrouwbaarheid en consistentie. Het biedt ook eenvoudige randcontrole voor fijne sporen.

● Begraven koper

Dik koper is voorgeïnstalleerd in de prepreg. De dikte van het hars en lasersnijden zijn bepalend voor de koperdikte.

Ongelijke dikte blijft het grootste technische probleem in de productie. De posities van de pads en de uitlijning van de lagen moeten door de fabrikanten correct worden bepaald om een evenwichtige koperverdeling in de printplaat te bereiken.

Waarom Zware koperen PCB'ss worden gebruikt?

Auto-industrie, vermogenselektronica en industriële apparatuur vereisen printplaten die bestand zijn tegen zware omstandigheden. Zware koperen printplaten zijn ontworpen om dergelijke zware eisen te weerstaan en bieden een oplossing waar normale printplaten snel zullen falen.

Gewone PCB vs. Zware koperen PCB's

Standaard en zware koperen printplaten (PCB's) verschillen voornamelijk in het kopergewicht. Normale commerciële PCB's gebruiken een kopergewicht tussen 0.5 en 3 oz/ft², wat voldoende is voor signaaloverdracht, maar niet voldoende voor energieverslindende ontwerpen. Zware koperen PCB's gebruiken een kopergewicht tussen 4 en 60 oz/ft² en bieden daardoor een veel sterker platform voor energieverslindende ontwerpen.

Kenmerk	Gewone printplaat	Zware koperen PCB's
Koperdikte	0.5 oz/ft² tot 2 oz/ft²	3 oz/ft² tot 20+ oz/ft²
Huidige capaciteit	Normaal (beperkt aantal ampère)	Veel hoger (ideaal voor hoge stroom)
Mechanische kracht	Standaard	Zeer sterk en robuust
Warmteafscheiding	Gemiddeld	Uitstekend (kan meer hitte verwerken)
Productieproblemen	Gemakkelijker, goedkoper	Moeilijker, duurder
Gemeenschappelijke toepassingen	Consumentenelektronica, computers	Voedingen, automobiel, militaire en industriële systemen
Kosten	Lagere	Hoger

Voordelen van Zware koperen PCB'ss

Het extra kopergewicht verandert een onstabiele printplaat in een sterk en stabiel bedradingsplatform. Zware koperen printplaten bieden paden met lage weerstand voor stromen in energieverslindende apparaten en verhogen zo de efficiëntie en verminderen het risico op doorbranden.

● Hoge stroombelastbaarheid

Prototyping-printplaten met een koperdikte van 3 gram kunnen meer dan tien jaar lang consistent een stroomsterkte van 10-20 ampère aan. Printplaten met een dikte van 10 gram kunnen gemakkelijk meer dan 50 ampère aan. Deze enorme toename in stroomdoorvoercapaciteit maakt deze prototyping-printplaten ideaal voor toepassingen met een hoge vermogensdichtheid.

● Uitstekende warmteafvoer

Het extra kopergewicht fungeert als koellichaam en voert warmte van energie-intensieve componenten efficiënt af. Dit verbeterde thermische beheer voorkomt hotspots en verhoogt de betrouwbaarheid van het systeem.

● Verbeterde mechanische sterkte op connectorlocaties

TCT (thermische cyclustest) laat een kleine uitval van 0.57% zien na acht cycli voor printplaten met een koperlaag van minimaal 2.5 mil. Deze verhoogde mechanische sterkte maakt deze printplaten ideaal voor connectoren en geplateerde doorvoergaten waar normale printplaten falen.

● Hoge betrouwbaarheid in ruwe omgevingen

Deze printplaten zijn zeer goed bestand tegen mechanische spanningen door thermische schommelingen. Deze uitstekende duurzaamheid is de reden voor hun veelvuldige gebruik in de lucht- en ruimtevaart, defensie en industriële regelsystemen, met name wanneer falen onacceptabel is.

Ontwerpoverwegingen voor Zware koperen PCB'ss

Het ontwerpen van zware koperen PCB's moet met extra zorg worden uitgevoerd, omdat de technische parameters aanzienlijk afwijken van de standaard PCB-ontwerpprocedures. Er moet rekening worden gehouden met tal van belangrijke factoren bij de productieprestaties, betrouwbaarheid en maakbaarheid, met name bij kopergewichten van meer dan 3 oz/ft².

Koperdikte en spoorbreedte 

De dikte van koperen PCB's en de spoorbreedte spelen een cruciale rol bij het ontwerpen van zware koperen PCB's. De minimale spoorbreedte moet toenemen naarmate de koperdikte toeneemt. Standaard ontwerpregels gelden niet meer: een lijnbreedte van 3 mil, voldoende voor een koperdikte van 0.5 oz of 1 oz, is niet voldoende voor zwaardere kopergewichten. Printplaten met een koperlaag van 3-20 oz hebben veel bredere sporen nodig om adequaat te kunnen worden geproduceerd. Tijdens het etsen in dikker koper is een agressievere chemische blootstelling vereist, dus ontwerpers moeten rekening houden met mogelijke ondersnijding.

Hoe kiest u de juiste koperdikte?

De optimale manier om de juiste koperen PCB-dikte te kiezen, begint met het bepalen van de huidige vereisten van uw toepassing. Spoorbreedtecalculators zijn uitstekende hulpmiddelen om drie van dergelijke parameters te verkrijgen: spoorbreedte, stroombelastbaarheid en temperatuurstijging. De tools kunnen de derde parameter berekenen wanneer twee parameters als invoer worden opgegeven, waardoor u de beste koperen PCB-dikte kunt selecteren. Wanneer toepassingen een stroomsterkte van meer dan 100 A vereisen, zijn standaardsporen niet geschikt en moeten koperen busbars worden gebruikt.

Stroomdragende capaciteit

De stroomcapaciteit heeft een wiskundige correlatie met het kopergewicht van de PCB en de grootte van de sporen. IPC-2221 geeft ons de formule I = KΔT^0.44 × A^0.75, waarbij K 0.024 is voor interne geleiders en 0.048 voor externe geleiders. Interne lagen kunnen slechts de helft van de stroomvoerende capaciteit van blootgestelde sporen ondersteunen. De temperatuurstijging moet in de meeste toepassingen tussen 10 en 20 °C liggen. Warmte als gevolg van I²R-verliezen moet voldoende worden afgevoerd om componentuitval te voorkomen.

Keuze van substraat en isolatiemateriaal

Het kopergewicht van de PCB maakt de substraatkeuze belangrijker. De printplaatdikte moet meer dan 1.6 mm zijn voor 20 oz (4 g) koper. Voor PCB's met een hoge koperkern zijn materialen met een hoge Tg (High-Tg) en een vergelijkbare CTE (Core-Teaching Temperature) nodig. FR-XNUMX is geschikt, maar PCB's met een metalen kern (MCPCB) bieden betere thermische voordelen. Voor sommige extreme toepassingen zijn speciale laminaten met een betere thermische geleidbaarheid nodig.

Thermisch beheer en thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE)

CTE (Coëfficiënt van thermische uitzetting) meet hoeveel een PCB uitzet met de temperatuur, in ppm / ° C.

Standaard FR-4 laminaten hebben een CTE van 14–17 ppm/°C.

Siliciumchip-behuizingen hebben een lagere CTE van ongeveer 6 ppm / ° C.

CTE-mismatch tussen PCB en chips veroorzaakt stressconcentratie tijdens temperatuurveranderingen.

Zware koperen printplaten genoodzaakt bent minimale CTE-mismatch omdat dik koper grote thermische krachten genereert.

Zware koperen PCB'ss productieproces

De productie van zware koperen PCB's vereist gespecialiseerde processen die aanzienlijk verschillen van de productie van standaard PCB's. Standaard PCB's maken gebruik van eenvoudige ets- en platingprocedures. Zware koperen printplaten vereisen geavanceerde technieken om aan de extreme eisen voor koperdiktes te voldoen.

1. Traditionele productiemethoden

Traditionele methoden creëerden zware koperen elementen door dik, met koper bekleed gelamineerd plaatmateriaal te etsen. Dit resulteerde in ongelijke zijwanden en overmatige ondersnijding. Moderne platingtechnologie combineert nu plating en etsen om rechte zijwanden met minimale ondersnijding te creëren.

2. Koperdikte en laagverwerking

Fabrikanten etsen doorgaans koperbeklede laminaten voor printplaten met een koperdikte van minder dan 10 gram (3 oz). Ze etsen interne lagen direct op koperbeklede laminaten. De buitenste lagen ondergaan een extra galvanisering om de gewenste dikte te bereiken. Een PCB van 3 gram (2 oz) zwaar koper gebruikt XNUMX gram (XNUMX oz) koperbeklede laminaten voor de interne lagen en XNUMX gram (XNUMX oz) materiaal voor de externe lagen. Galvanisering voegt het resterende koper toe.

3. Productie voor ultra-Dikke koperen printplaten

PCB's met een koperdikte van 10 gram of meer beginnen met rode koperfolie in plaats van met koper beklede laminaten. Deze folie wordt gecombineerd met prepreg om ultradikke koperen PCB's te creëren.

4. Uitdagingen met soldeermaskers

Het aanbrengen van een soldeermasker brengt unieke uitdagingen met zich mee in de productie van zwaar koper. Traditionele zeefdruk leidt vaak tot een ongelijkmatige dikte van het soldeermasker. Inkt hoopt zich op in de hoeken van het circuit en rond via's. Sommige fabrikanten gebruiken elektrostatische spuittechnologie die het soldeermasker gelijkmatig over het oppervlak van de printplaat aanbrengt.

De mogelijkheid om zwaar koper met standaardfuncties op één printplaat te combineren, biedt aanzienlijke productievoordelen. Deze combinatie vermindert het aantal lagen, zorgt voor een lage impedantie in de stroomverdeling en creëert een kleinere footprint met potentiële kostenbesparingen. Hoogstroomcircuits en hun regelcircuits hadden voorheen aparte printplaten nodig. Nu combineren ze naadloos om zeer dichte maar eenvoudige printplaatstructuren te creëren.

Strikte procescontroles en uitgebreide tests zorgen ervoor dat deze gespecialiseerde borden voldoen aan de vereisten van toepassingen met hoog vermogen.

Toepassingen van Zware koperen PCB'ss

Zware koperen printplaten zijn essentieel in industrieën waar reguliere printplaten niet aan de elektrische, thermische of mechanische eisen voldoen. Deze gespecialiseerde printplaten vormen de basis van veel bedrijfskritische systemen.

1. Automotive Industry

In de auto-industrie blinken dikke koperen printplaten uit in laadsystemen en motorcontrollers voor elektrische voertuigen. Deze printplaten geven batterijbeheersystemen de kracht om stromen tot 100 ampère te verwerken tijdens laad- en ontlaadcycli. Hun vermogen om temperaturen boven de 150 °C te weerstaan, maakt ze perfect voor gebruik in de auto-industrie.

2. Stroomverdeelsystemen

Stroomdistributiesystemen zijn tegenwoordig sterk afhankelijk van deze printplaten. Bedrijven gebruiken ze in excitatiesystemen voor vermogensregelaars, netschakelsystemen, hoogvermogengelijkrichters en overbelastingsrelais. Moderne, zware koperen printplaten hebben oudere kabeldistributie- en plaatwerkmethoden vervangen om processen te stroomlijnen en de productbetrouwbaarheid te verhogen.

3. Militaire en ruimtevaarttoepassingen

De militaire en lucht- en ruimtevaartsector zijn afhankelijk van deze gespecialiseerde printplaten voor wapenbesturingssystemen, radarapparatuur en monitoringsystemen. Elektronica in luchtvaart- en communicatiesystemen gaat langer mee dankzij hun uitzonderlijke mechanische prestaties onder zware omstandigheden.

4. Hernieuwbare energiesystemen

Hernieuwbare-energiesystemen hebben meer dan ooit zware koperen printplaten nodig. Zonne-omvormers, windturbineregelaars en bedieningspanelen van waterkrachtcentrales gebruiken deze printplaten om zware stroombelastingen te verwerken. Om maar een voorbeeld te noemen: een zonne-omvormer met een vermogen van 5 kW kan sporen gebruiken die ontworpen zijn voor 30 ampère.

5. medische apparatuur

Medische apparatuur zoals beeldvormende apparatuur en patiëntbewakingssystemen werken beter met de betrouwbaarheid van zware koperen flex-PCB's. Industriële automatiseringssystemen gebruiken ze in veiligheidssystemen, lasapparatuur en overspanningsbeveiligingen waar hoge stroomsterktes en spanningen veel voorkomen.

6. Vooruitgang in productietechnologie

Door technologische vooruitgang in de productie zijn deze gespecialiseerde printplaten in staat gebleken traditionele transmissiemethoden te vervangen. Deze verandering heeft de producten kleiner en tegelijkertijd betrouwbaarder gemaakt.

PCBasic's Zware koperen PCB's PRODUCTIE MOGELIJKHEDEN

PCBasic is een van de grootste fabrikanten van zware koperen PCB's. PCBasic is ook een van de grootste Chinese leveranciers van zware koperen PCB's. Ze definiëren hun dikke koperproducten als printplaten met een binnen- of buitendikte van 3 oz (105 µm) koper. Hun ultradikke koperen PCB's voldoen aan uitzonderlijke vermogensbehoeften met printplaten van meer dan 300 µm.

De geavanceerde productietechnieken van het bedrijf gaan veel verder dan de standaardproductie van printplaten. Het grootste probleem bij de productie van dik koper is het aanzienlijke verlies van boorbits door de toegenomen koperdikte. PCBasic gebruikt speciale UC-boorbits voor dik koper om deze uitdaging aan te pakken. Hun apparatuur en geoptimaliseerde boorparameters zorgen voor gaten die vlak en glad blijven, zelfs in uitzonderlijk dik koper.

De etsfase speelt een cruciale rol in de productie van zware koperen PCB's. PCBasic noemt dit hun kerntechnologie in de productie van schakelingen. De kwaliteit van de schakeling wordt moeilijker te handhaven naarmate de koperdikte toeneemt.

PCBasic is bedreven in zeefdruktechnieken voor toepassingen met zwaar koper. Ze richten zich op sterke bindingskrachten tussen het soldeermasker en het basismateriaal. Een vacuümpomp voor het soldeermasker elimineert kwaliteitsproblemen door soldeermaskerblaasjes, die vaker voorkomen bij dikker koper.

Alle dikke koperen PCB's van PCBasic zijn gemaakt van materialen met een hoge TG-waarde. Daarom hebben ze geïnvesteerd in speciale titanium geplateerde gongmessen. Deze investering zorgt voor een gladde afwerking van de printplaatranden tijdens de productie.

De R&D-afdeling heeft complete documentatie samengesteld, waaronder "Ontwerp- en bedieningsrichtlijnen voor dikke koperen PCB's" en "Process Failure Mode Control voor dikke koperen PCB's". Deze systemen regelen het productontwerp, de procesparameters en de tests van het eindproduct om aan de eisen van de klant te voldoen.

Dit uitgebreide systeem maakt PCBasic tot een van de beste fabrikanten van zware koperen PCB's die betrouwbaar werken in veeleisende toepassingen. Hun producten werken uitstekend in medische apparatuur, industriële automatisering, autosystemen, hogesnelheidstreinen, schepen, militaire producten en ledverlichtingssystemen.

Conclusie

PCB's met een hoog kopergehalte zijn cruciaal voor moderne elektronica met een hoog vermogen en een koperdikte van 3oz/ft² of meer. Dergelijke printplaten kunnen stromen van meer dan 50 ampère aan zonder dat dit ten koste gaat van de thermische stabiliteit, waardoor ze essentieel zijn voor energie-intensieve toepassingen.

Zwaar PCB-koper blinkt uit in warmteresolutie, verhoogt de betrouwbaarheid en voorkomt componentfalen onder extreme omstandigheden. Deze techniek vervangt oude methoden voor krachtoverbrenging, wat resulteert in kleine, efficiëntere producten.

Zorgvuldige stroomberekeningen, substraatkeuzes en thermische uitzetting zijn vereist bij het ontwerpen van zware koperen printplaten. Specifieke productieprocedures, zoals etsen en galvaniseren, zijn belangrijk voor de productie ervan.

De markt voor zware koperen PCB's groeit in sectoren zoals de automobielindustrie, defensie, hernieuwbare energie en de medische sector. Naarmate elektronische systemen evolueren, zullen ontwikkelingen in deze technologie de vermogensdichtheid en betrouwbaarheid voor toekomstige toepassingen verbeteren.