I.Was ist eine schwere Kupferplatine?

Eine Leiterplatte aus schwerem Kupfer oder manchmal auch als Dickkupferplatine bezeichnet, ist eine Leiterplatte (PCB), die durch eine dickere Kupferfolie gekennzeichnet ist, die auf ein Glas-Epoxidsubstrat geklebt ist, das in der Regel dicker als der üblicherweise verwendete Standard (z. B. 35 μm) ist, um eine ausreichend dicke Kupferbeschichtung im Loch zu erreichen. Diese Leiterplatte wird in Schaltungsdesigns verwendet, die eine höhere Strombelastbarkeit und niedrigere Widerstands- und Induktivitätswerte erfordern, um die Erzeugung von Rauschspannungen zu reduzieren. Schwere Kupfer-Leiterplatte bezieht sich im Allgemeinen auf die Leiterplatte mit 3 Unzen Kupferdicke, wenn der Bauraum begrenzt ist und die Strombelastbarkeit durch Erhöhen der Linienbreite nicht verbessert werden kann, kann die Verwendung einer schweren Kupfer-Leiterplatte die Anforderung der Stromführung effektiv erfüllen und die Wärmeableitung der Leiterplatte verbessern.

II. Vorteile der schweren Kupferplatine

1. Großer Strom tragen

Schwere Kupferplatinen können genügend Strom auf begrenztem Raum transportieren und so die Leistungsdichte der Leiterplatte effektiv verbessern.

• Hervorragende Wärmeableitung

Schwere Kupfer-Leiterplatten können die Wärme besser übertragen, wodurch die Wärmeableitungsleistung verbessert und die normale Arbeitstemperatur von Leiterplatten und elektronischen Komponenten sichergestellt wird, was für Schaltkreise mit hoher Leistung und Wärmeanfälligkeit sehr wichtig ist

• Erhöhte mechanische Festigkeit

Eine dicke Kupferschicht kann die mechanische Festigkeit der Leiterplatte verbessern und sie stabiler und langlebiger machen.

• Hohe Zuverlässigkeit

Durch die erhöhte Kupferdicke kann die Leiterplatte der thermischen Belastung bei höherer Belastung standhalten. Daher kann eine schwere Kupferplatine dazu beitragen, elektrische Energie zuverlässiger und effektiver zu steuern, umzuwandeln oder zu verteilen.

III. Anwendungen von schweren Kupfer-Leiterplatten

1. Stromversorgung
2. Netzteilmodul: wird für die Stromversorgung von Servern und die industrielle Stromversorgung verwendet. Die schwere Kupferschicht kann große Ströme führen und die Wärmeentwicklung reduzieren.
3. Wechselrichter, wie Solarwechselrichter und Windenergie-Wechselrichter. Die schwere Kupferschaltung kann hohe Ströme aufnehmen und Wärme effektiv ableiten.
4. Fahrzeugelektronik
5. Elektrofahrzeug: wird für Batteriemanagementsysteme (BMS) und Motorsteuerungen verwendet
6. Traditionelle Fahrzeuge: werden für das Motorsteuergerät (ECU) und das Stromversorgungsverteilungssystem verwendet
7. Industrielle Steuerung
8. Motorantrieb: wird für Hochleistungsmotorantriebe und -steuerungen verwendet
9. PCL: wird für ein industrielles Automatisierungssteuerungssystem mit hoher Leistung verwendet
10. Kommunikationsausrüstung: Kommunikationsstation mit Hochleistungs-Hochfrequenzmodul und Leistungsmodulen
11. Medizinische Geräte: Medizinische Geräte stellen hohe Anforderungen an Zuverlässigkeit und Wärmeableitung, schwere Kupfer-Leiterplatten können solche Anforderungen erfüllen, z. B. medizinische Bildgebungsgeräte, Heilgeräte und lebenserhaltende Geräte.
12. Konsumgüter: Im Konsumgüterbereich wird schwere Kupferplatine hauptsächlich für Hochleistungsgüter wie Klimaanlagen, Kühlschränke und Mikroöfen verwendet

IV. Punkte müssen beim Entwerfen von Leiterplatten aus schwerem Kupfer beachtet werden

Da schwere Kupfer-Leiterplatten eine höhere Last und einen höheren Strom tragen müssen und unter schwierigen Bedingungen verwendet werden, ist das korrekte Design von schweren Kupfer-Leiterplatten von großer Bedeutung. Hier sind einige Punkte beim Entwerfen von Leiterplatten aus schwerem Kupfer;

1. Auslegung der Strombelastbarkeit

• Wählen Sie eine geeignete Kupferdicke, die für Ihre Platine entsprechend der Strömung geeignet ist, z. B. 3oz/ft2 oder mehr.
• Berechnen Sie die Linienbreite gemäß dem IPC-2152-Standard, um sicherzustellen, dass die Platine den Strom führen kann, ohne zu viel Wärme zu erzeugen.
• Erhöhen Sie die Anzahl und Abmessung der Durchkontaktierung, um einen höheren Strom und einen niedrigeren Widerstand zu führen.
• Optimieren Sie das Layout, um eine Überhitzung durch unsachgemäße Anordnung zu vermeiden.

2. Wärmemanagement

• Design der thermischen Freisetzung: Fügen Sie mehr thermische Durchkontaktierungen hinzu, um die Wärme zu anderen Schichten oder Kühlkörpern zu leiten, und verwenden Sie eine große Fläche aus Kupfer für eine bessere Wärmeableitung.
• Fahren Sie während des Designprozesses mit der thermischen Simulation fort, erkennen Sie den heißen Bereich und optimieren Sie das Schaltungslayout.
• Komponentenlayout: Laden Sie die Komponenten mit hoher Wärmeerzeugung, z. B. Leistungs-MOSFET und Transformator, in den Bereich mit guter Wärmeableitungsleistung. Die wärmeempfindlichen Bauteile sollten sich nicht in der Nähe von stark wärmeerzeugenden Bauteilen befinden.
• Grundmaterial zur Wärmeableitung: Das Grundmaterial muss hohen Temperaturen standhalten, und der tg-Wert sollte bei Verwendung von FR4 über 130 °C liegen. Oder verwenden Sie Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. Metallbasis oder Keramik.

3. Integrität des Signals

• Impedanzkontrolle: Die Dicke der schweren Kupferplatine beeinflusst die Impedanz, die Linienbreite und der Abstand sollten genau berechnet werden.
• Reduzieren des Übersprechens: Vergrößern Sie den Signalleitungsraum, vermeiden Sie lange parallele Leitungen und verwenden Sie die Massefläche, um hochfrequente Signale zu isolieren
• Layout der Hochfrequenzsignale: Halten Sie die hochfrequenten Signalwege so kurz wie möglich, um Reflexionen und Verluste zu reduzieren, und verwenden Sie Differential-Pair-Routing, um das Rauschen zu reduzieren.

4. Mechanische Festigkeit und Zuverlässigkeit

• Laminierprozess: Der Laminierprozess von schweren Kupfer-Leiterplatten ist komplex, und die Haftfestigkeit zwischen den Schichten muss sichergestellt werden, um das Delaminationsproblem aufgrund ungleichmäßiger Kupferdicke zu vermeiden.
• Dicke der Platine: Die gehobene Kupferschicht erhöht die Gesamtdicke der Leiterplatte, der Designer muss die Montage und die mechanische Festigkeit berücksichtigen.
• Biegung und Spannung: Vermeiden Sie besser zu viele Durchkontaktierungen im Bereich des schweren Kupfers, um die mechanische Belastung zu verringern und ein Verstärkungsdesign an der Leiterplattengrenze und den Montagelöchern hinzuzufügen.

5. Komponenten- und Schaltungslayout

• Layout der Hochleistungskomponenten: Die Hochleistungskomponenten sollten für eine bessere Wärmeableitung und ein besseres Strommanagement zentralisiert angeordnet werden. Die Hochleistungskomponenten sollten sich von empfindlichen Signalkomponenten fernhalten.
• Stromquelle und Massefläche: Beim Design einer mehrschichtigen Leiterplatte sind die gesamte Stromquelle und die Massefläche so ausgelegt, dass das Rauschen und die Impedanz der Schaltkreisschleife reduziert werden.
• Optimieren Sie das Layout: Halten Sie die Hochstrompfade so kurz wie möglich, um Widerstand und Leistungsverluste zu reduzieren. Verwenden Sie eine Stern- oder Netzverdrahtung, um sicherzustellen, dass die Stromkreisverteilung gleichmäßig ist.

6. Kostenkontrolle

• Material wählen: Wählen Sie kostengünstiges Basismaterial und Kupfer, wenn die Platine die Leistungsanforderung erfüllen kann.
• Optimieren Sie Design und Layout, um die Anzahl der Schichten und die Leiterplattengröße zu reduzieren und die Herstellungskosten zu senken.
• Herstellungsprozess: Der Designer sollte in enger Kommunikation mit den Leiterplattenlieferanten stehen, um deren Fähigkeiten zu verstehen, den richtigen Herstellungsprozess auszuwählen und ein Überdesign zu vermeiden.

V. Die Zukunft der schweren Kupferplatine

Die zukünftigen Entwicklungsaussichten für Dickkupfer-Leiterplatten sind sehr breit gefächert und profitieren vor allem von der wachsenden Nachfrage in Elektrofahrzeugen, 5G-Kommunikation, neuer Energie und industrieller Automatisierung. Gleichzeitig werden Materialinnovationen, die Verbesserung des Herstellungsprozesses und die Aufrüstung von Designwerkzeugen die Weiterentwicklung der Leiterplattentechnologie aus dickem Kupfer fördern. Trotz der Kosten und technischen Herausforderungen ist die Kernposition von Dickkupfer-Leiterplatten in elektronischen Hochleistungsgeräten unersetzlich und wird in Zukunft in mehr Bereichen eine wichtige Rolle spielen.

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