I. Was ist eine Heavy Copper PCB?

Eine Heavy Copper PCB, manchmal auch als Dickkupfer-Leiterplatte bezeichnet, ist eine Leiterplatte (PCB), die sich durch eine dickere Kupferfolie auf einem Glas-Epoxid-Substrat auszeichnet, die in der Regel dicker ist als der übliche Standard (z. B. 35μm), um eine ausreichend dicke Kupferabscheidung im Loch zu erreichen. Diese Leiterplatte wird in Schaltungsdesigns verwendet, die eine höhere Strombelastbarkeit und niedrigere Widerstands- und Induktivitätswerte erfordern, um die Entstehung von Rauschspannungen zu reduzieren. Im Allgemeinen bezieht sich eine Heavy Copper PCB auf eine Leiterplatte mit einer Kupferdicke von 3oz. Wenn der Platz auf der Platine begrenzt ist und die Strombelastbarkeit nicht durch eine Vergrößerung der Leiterbahnbreite verbessert werden kann, kann der Einsatz einer Heavy Copper PCB die Strombelastbarkeitsanforderungen effektiv erfüllen und die Wärmeableitung der Leiterplatte verbessern.

II. Vorteile von Heavy Copper Leiterplatten

1. Hohe Strombelastbarkeit

Heavy Copper Leiterplatten können auf begrenztem Raum ausreichend Strom führen und so die Leistungsdichte der Leiterplatte effektiv erhöhen.

• Hervorragende Wärmeableitung

Heavy Copper Leiterplatten können Wärme besser ableiten, wodurch sich die Wärmeableitungsleistung verbessert und die normale Betriebstemperatur der Leiterplatte und ihrer elektronischen Komponenten sichergestellt wird. Dies ist besonders wichtig für Hochleistungs- und wärmeanfällige Schaltungen.

• Erhöhte mechanische Festigkeit

Die dicke Kupferschicht erhöht die mechanische Festigkeit der Leiterplatte und macht sie stabiler und langlebiger.

• Hohe Zuverlässigkeit

Die erhöhte Kupferdicke ermöglicht es der Leiterplatte, thermische Belastungen unter höherer Last zu bewältigen. Daher können Heavy Copper Leiterplatten helfen, elektrische Energie zuverlässiger und effektiver zu steuern, umzuwandeln oder zu verteilen.

III. Anwendungen von Heavy Copper Leiterplatten

1. Stromversorgungsgeräte
2. Stromversorgungsmodule: Wird für Server-Stromversorgungen und Industrienetzteile verwendet. Die schwere Kupferschicht kann hohe Ströme führen und die Wärmeentwicklung reduzieren.
3. Wechselrichter, wie Solarwechselrichter und Windenergiewechselrichter. Die Heavy Copper-Schaltung kann hohe Ströme aushalten und Wärme effektiv ableiten.
4. Automobilelektronik
5. Elektrofahrzeuge: Einsatz im Batteriemanagementsystem (BMS) und Motorcontroller.
6. Herkömmliche Fahrzeuge: Einsatz im Motorsteuergerät (ECU) und im Stromverteilungssystem.
7. Industrielle Steuerungstechnik
8. Motorantriebe: Einsatz für Hochleistungs-Motorantriebe und -Steuerungen.
9. PCL (SPS): Einsatz in industriellen Automatisierungssteuerungssystemen mit hoher Leistung.
10. Kommunikationsausrüstung: Kommunikationsstationen mit Hochleistungs-Hochfrequenzmodulen und Leistungsmodulen.
11. Medizingeräte: Medizingeräte haben hohe Anforderungen an Zuverlässigkeit und Wärmeableitung. Heavy Copper Leiterplatten können diese Anforderungen erfüllen, z. B. in der medizinischen Bildgebung, Therapiegeräten und Lebenserhaltungssystemen.
12. Konsumgüter: Im Bereich der Konsumgüter werden Heavy Copper Leiterplatten hauptsächlich für Hochleistungsgeräte wie Klimaanlagen, Kühlschränke und Mikrowellen eingesetzt.

IV. Wichtige Punkte beim Design von Heavy Copper Leiterplatten

Da Heavy Copper Leiterplatten höheren Belastungen und Strömen standhalten müssen und unter anspruchsvollen Bedingungen eingesetzt werden, ist das korrekte Design von größter Bedeutung. Hier sind einige Punkte, die beim Design zu beachten sind:

1. Design der Strombelastbarkeit

• Wählen Sie eine geeignete Kupferdicke, die für Ihre Platine geeignet ist, z. B. 3oz/ft² oder mehr.
• Berechnen Sie die Leiterbahnbreite gemäß dem IPC-2152-Standard, um sicherzustellen, dass die Platine den Strom führen kann, ohne übermäßige Wärme zu erzeugen.
• Erhöhen Sie Anzahl und Größe der Vias, um höhere Ströme zu führen und den Widerstand zu senken.
• Optimieren Sie das Layout, um Überhitzung durch eine ungünstige Anordnung zu vermeiden.

2. Thermomanagement

• Thermisches Entlastungsdesign: Fügen Sie mehr thermische Vias hinzu, um die Wärme zu anderen Lagen oder Kühlkörpern zu leiten, und verwenden Sie großflächige Kupferbereiche für eine bessere Wärmeableitung.
• Führen Sie während des Designprozesses thermische Simulationen durch, erkennen Sie Wärmezonen und optimieren Sie das Schaltungslayout.
• Bauteillayout: Platzieren Sie Komponenten mit hoher Wärmeentwicklung, z. B. Leistungs-MOSFETs und Transformatoren, in Bereichen mit guter Wärmeableitung. Wärmeempfindliche Komponenten sollten von stark wärmeerzeugenden Komponenten entfernt platziert werden.
• Basismaterial für die Wärmeableitung: Das Basismaterial muss hohen Temperaturen standhalten. Bei Verwendung von FR4 sollte der Tg-Wert über 130℃ liegen. Alternativ können Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie Metallkern oder Keramik verwendet werden.

3. Signalintegrität

• Impedanzkontrolle: Die Dicke der Heavy Copper Leiterplatte beeinflusst die Impedanz. Leiterbahnbreite und -abstand sollten genau berechnet werden.
• Übersprechen reduzieren: Vergrößern Sie den Abstand der Signalleitungen, vermeiden Sie lange parallele Leitungen und nutzen Sie Masseflächen zur Abschirmung hochfrequenter Signale.
• Hochfrequenz-Signallayout: Halten Sie die Wege für Hochfrequenzsignale so kurz wie möglich, um Reflexionen und Verluste zu reduzieren, und verwenden Sie differentielle Paare zur Rauschminderung.

4. Mechanische Festigkeit und Zuverlässigkeit

• Laminierungsprozess: Der Laminierungsprozess von Heavy Copper Leiterplatten ist komplex. Die Haftfestigkeit zwischen den Lagen muss sichergestellt werden, um Delaminierungsprobleme aufgrund ungleichmäßiger Kupferdicke zu vermeiden.
• Platinendicke: Die schwere Kupferschicht erhöht die Gesamtdicke der Leiterplatte. Der Designer muss Montage und mechanische Festigkeit berücksichtigen.
• Biegung und Spannung: Vermeiden Sie besser zu viele Vias im Heavy Copper-Bereich, um mechanische Spannungen zu reduzieren, und fügen Sie Verstärkungen an den Platinenkanten und Montagelöchern hinzu.

5. Komponenten- und Schaltungslayout

• Layout von Hochleistungskomponenten: Hochleistungskomponenten sollten zentral platziert werden, um eine bessere Wärmeableitung und Stromverwaltung zu ermöglichen. Sie sollten außerdem Abstand zu empfindlichen Signalkomponenten halten.
• Strom- und Masseflächen: Beim Design einer Multilayer-Leiterplatte werden vollständige Strom- und Masseflächen entworfen, um Rauschen und Schleifenimpedanz der Schaltung zu reduzieren.
• Layout optimieren: Halten Sie die Wege für hohe Ströme so kurz wie möglich, um Widerstand und Leistungsverluste zu reduzieren. Verwenden Sie eine Stern- oder Netztopologie, um eine gleichmäßige Stromverteilung zu gewährleisten.

6. Kostenkontrolle

• Materialwahl: Wählen Sie kostengünstige Basismaterialien und Kupfer, wenn die Platine die Leistungsanforderungen erfüllen kann.
• Optimieren Sie Design und Layout, um die Anzahl der Lagen und die Platinengröße zu reduzieren und so die Herstellungskosten zu senken.
• Herstellungsprozess: Der Designer sollte eng mit dem Leiterplattenhersteller kommunizieren, um dessen Fähigkeiten zu verstehen, den geeigneten Herstellungsprozess zu wählen und Überdimensionierung zu vermeiden.

V. Die Zukunft der Heavy Copper Leiterplatte

Die zukünftigen Entwicklungsaussichten für Dickkupfer-Leiterplatten sind sehr breit gefächert, vor allem angetrieben durch die wachsende Nachfrage in den Bereichen Elektrofahrzeuge, 5G-Kommunikation, erneuerbare Energien und industrielle Automatisierung. Gleichzeitig werden Materialinnovationen, Verbesserungen der Herstellungsverfahren und Upgrades der Designtools die weitere Entwicklung der Dickkupfer-Leiterplattentechnologie vorantreiben. Trotz der Kosten- und Technikherausforderungen ist die zentrale Rolle der Dickkupfer-Leiterplatte in Hochleistungselektronikgeräten unersetzlich und wird in Zukunft in weiteren Bereichen eine wichtige Rolle spielen.

Jerico PCB verfügt über fast 20 Jahre Erfahrung in der Unterstützung unserer Kunden mit PCB- und PCBA-Fertigungsservices. Auch die Herstellung von Heavy Copper Leiterplatten gehört zu unseren Stärken. Dank unserer Vorteile in Technologie, Prozess, Qualität und Service können wir im Markt für Heavy Copper Leiterplatten wettbewerbsfähig bleiben und die Kundenbedürfnisse erfüllen. Wenn Sie ein Projekt mit Heavy Copper Leiterplatten haben und einen geeigneten Partner suchen, ist Jerico PCB für Sie da.

Lassen Sie uns noch heute über Ihre Leiterplatte sprechen~