I. ¿Qué es una PCB de cobre pesado?

Una PCB de cobre pesado, o placa de circuito de cobre grueso, es una placa de circuito impreso (PCB) que se distingue por una lámina de cobre más gruesa adherida a un sustrato de epoxi de vidrio, superando el grosor estándar habitual (como 35μm) para conseguir un plateado de cobre lo bastante grueso dentro de los orificios. Esta placa se utiliza en diseños de circuitos que requieren una mayor capacidad de transporte de corriente y valores más bajos de resistencia e inductancia para reducir la generación de voltaje de ruido. La PCB de cobre pesado generalmente se refiere a una PCB con un grosor de cobre de 3oz; cuando el espacio de diseño es limitado y no se puede mejorar la capacidad de transporte de corriente aumentando el ancho de la pista, el uso de PCB de cobre pesado puede satisfacer eficazmente el requisito de corriente y mejorar la disipación de calor de la PCB.

II. Ventajas de la PCB de cobre pesado

1. Soporta corrientes elevadas

La PCB de cobre pesado puede transportar suficiente corriente en un espacio limitado, mejorando eficazmente la densidad de potencia de la placa de circuito.

• Excelente disipación de calor

La PCB de cobre pesado transfiere mejor el calor, mejorando así el rendimiento de disipación térmica y asegurando la temperatura de funcionamiento normal de la PCB y los componentes electrónicos, algo crucial para circuitos de alta potencia y propensos al calor.

• Mayor resistencia mecánica

La capa de cobre gruesa mejora la resistencia mecánica de la PCB, haciéndola más estable y duradera.

• Alta fiabilidad

El aumento del grosor del cobre permite que la placa de circuito soporte la tensión térmica bajo cargas más altas. Por lo tanto, la PCB de cobre pesado ayuda a controlar, convertir o distribuir la energía eléctrica de forma más fiable y eficaz.

III. Aplicaciones de la PCB de cobre pesado

1. Equipos de suministro de energía
2. Módulo de fuente de alimentación: utilizado para fuentes de alimentación de servidores y aplicaciones industriales. La capa de cobre pesado puede transportar grandes corrientes y reducir la generación de calor.
3. Inversores, como los solares y los de energía eólica. El circuito de cobre pesado puede soportar altas corrientes y disipar el calor eficazmente.
4. Electrónica del automóvil
5. Vehículos eléctricos: utilizado en el sistema de gestión de baterías (BMS) y el controlador del motor.
6. Vehículos tradicionales: utilizado en la unidad de control del motor (ECU) y el sistema de distribución de energía.
7. Control industrial
8. Accionamiento de motores: utilizado para el accionamiento y controlador de motores de alta potencia.
9. PLC: utilizado en sistemas de control de automatización industrial de alta potencia.
10. Equipos de comunicación: estaciones base de comunicación con módulos de radiofrecuencia y módulos de potencia de alta potencia.
11. Equipos médicos: los equipos médicos tienen altos requisitos de fiabilidad y disipación de calor; la PCB de cobre pesado puede cumplir estos requisitos, por ejemplo, en equipos de imagen médica, equipos de curación y equipos de soporte vital.
12. Bienes de consumo: en el área de bienes de consumo, la PCB de cobre pesado se utiliza principalmente en productos de alta potencia, como aires acondicionados, refrigeradores y hornos microondas.

IV. Puntos a tener en cuenta al diseñar una PCB de cobre pesado

Dado que la PCB de cobre pesado debe soportar cargas y corrientes más altas y se utiliza en condiciones exigentes, el diseño correcto de la misma es de gran importancia. Aquí hay algunos puntos a considerar al diseñar una PCB de cobre pesado:

1. Diseño de la capacidad de transporte de corriente

• Elija un grosor de cobre adecuado para su placa según la corriente, por ejemplo, 3oz/ft² o más.
• Calcule el ancho de la pista según el estándar IPC-2152 para asegurar que la placa pueda transportar la corriente sin generar demasiado calor.
• Aumente la cantidad y el tamaño de las vías para transportar mayor corriente y reducir la resistencia.
• Optimice el diseño para evitar el sobrecalentamiento debido a una disposición inadecuada.

2. Gestión térmica

• Diseño de alivio térmico: añada más vías térmicas para conducir el calor a otras capas o disipadores y use una gran área de cobre para una mejor disipación del calor.
• Realice una simulación térmica durante el proceso de diseño, identifique las zonas calientes y optimice el diseño del circuito.
• Disposición de componentes: coloque los componentes de alta generación de calor, como MOSFET de potencia y transformadores, en áreas con buen rendimiento de disipación. Los componentes sensibles al calor deben estar alejados de los que generan mucho calor.
• Material base de disipación: el material base debe soportar altas temperaturas y el valor Tg debe ser superior a 130 ℃ si se usa FR4. O utilice materiales de alta conductividad térmica, como base metálica o material cerámico.

3. Integridad de la señal

• Control de impedancia: el grosor del cobre pesado influye en la impedancia; el ancho y el espacio de las pistas deben calcularse con precisión.
• Reducir la diafonía: aumente la separación entre las líneas de señal, evite líneas paralelas largas y utilice un plano de tierra para aislar las señales de alta frecuencia.
• Diseño de señales de alta frecuencia: mantenga los trazados de señal de alta frecuencia lo más cortos posible para reducir reflexiones y pérdidas, y utilice el enrutamiento de par diferencial para reducir el ruido.

4. Resistencia mecánica y fiabilidad

• Proceso de laminación: el proceso de laminación de la PCB de cobre pesado es complejo; es necesario asegurar la fuerza de adhesión entre las capas para evitar la delaminación debido a un grosor de cobre desigual.
• Grosor de la placa: la capa de cobre grueso aumentará el grosor total de la PCB; el diseñador debe considerar el ensamblaje y la resistencia mecánica.
• Flexión y tensión: es mejor evitar demasiadas vías en el área de cobre pesado para reducir la tensión mecánica y añadir un diseño de refuerzo en el borde de la PCB y en los orificios de montaje.

5. Diseño de componentes y circuito

• Disposición de componentes de alta potencia: los componentes de alta potencia deben tener una disposición centralizada para una mejor disipación del calor y gestión de la corriente. Deben mantenerse alejados de los componentes de señal sensibles.
• Plano de alimentación y tierra: al diseñar una PCB multicapa, se diseñan planos completos de alimentación y tierra para reducir el ruido y la impedancia del bucle del circuito.
• Optimizar el diseño: mantenga los trazados de alta corriente lo más cortos posible para reducir la resistencia y la pérdida de potencia. Utilice un cableado en estrella o en red para asegurar una distribución uniforme de la corriente.

6. Control de costes

• Elección de material: elija un material base y cobre rentables si la placa puede cumplir con los requisitos de rendimiento.
• Optimice el diseño para reducir el número de capas y el tamaño de la placa, disminuyendo así el coste de fabricación.
• Proceso de fabricación: el diseñador debe mantener una comunicación cercana con los proveedores de PCB para comprender sus capacidades, elegir el proceso de fabricación adecuado y evitar el sobre-diseño.

V. El futuro de la PCB de cobre pesado

Las perspectivas de desarrollo futuro de la PCB de cobre grueso son muy amplias, impulsadas principalmente por la creciente demanda en vehículos eléctricos, comunicaciones 5G, nuevas energías y automatización industrial. Al mismo tiempo, la innovación en materiales, la mejora de los procesos de fabricación y la actualización de las herramientas de diseño promoverán un mayor desarrollo de la tecnología de PCB de cobre grueso. A pesar de los desafíos técnicos y de coste, la posición central de la PCB de cobre grueso en los dispositivos electrónicos de alta potencia es insustituible y desempeñará un papel importante en más campos en el futuro.

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