I. ¿Qué es un PCB de Cobre Grueso?

Un PCB de cobre grueso, o a veces llamado placa de circuito impreso de cobre grueso, es una placa de circuito impreso (PCB) caracterizada por una lámina de cobre más gruesa unida a un sustrato de epoxi de vidrio, generalmente más gruesa que el estándar comúnmente utilizado (como 35μm) para lograr un enchapado de cobre suficientemente grueso en el orificio. Esta placa de circuito se utiliza en diseños de circuitos que requieren una mayor capacidad de transporte de corriente y valores de resistencia e inductancia más bajos para reducir la generación de ruido de voltaje. El PCB de cobre grueso generalmente se refiere a PCBs con un espesor de cobre de 3 oz, cuando el espacio de diseño es limitado y no se puede mejorar la capacidad de transporte de corriente aumentando el ancho de línea, el uso de PCBs de cobre grueso puede cumplir eficazmente el requisito de transporte de corriente y mejorar la disipación de calor del PCB.

II. Ventajas del PCB de Cobre Grueso

1. Transporta gran corriente

El PCB de cobre grueso puede transportar suficiente corriente dentro de un espacio limitado, mejorando eficazmente la densidad de potencia de la placa de circuito.

• Excelente Disipación de Calor

El PCB de cobre grueso puede transferir el calor mejor, mejorando así el rendimiento de la disipación de calor, garantizando la temperatura de funcionamiento normal del PCB y los componentes electrónicos, lo cual es muy importante para circuitos de alta potencia y propensos al calor.

• Mayor Resistencia Mecánica

La capa de cobre gruesa puede mejorar la resistencia mecánica del PCB y hacerlo más estable y duradero.

• Alta Fiabilidad

El aumento del espesor del cobre hace que la placa de circuito pueda soportar la tensión térmica bajo mayor carga. Por lo tanto, los PCBs de cobre grueso pueden ayudar a controlar, convertir o distribuir energía eléctrica de manera más confiable y efectiva.

III. Aplicaciones del PCB de Cobre Grueso

1. Equipos de Suministro de Energía
2. Módulo de fuente de alimentación: se utiliza para fuentes de alimentación de servidores y fuentes de alimentación industriales. La capa de cobre grueso puede transportar gran corriente y reducir la generación de calor.
3. Inversores, como inversores solares e inversores de energía eólica. El circuito de cobre grueso puede soportar alta corriente y disipar calor eficazmente.
4. Electrónica Automotriz
5. Vehículo eléctrico: se utiliza para el sistema de gestión de baterías (BMS) y el controlador del motor.
6. Vehículos tradicionales: se utiliza para la unidad de control del motor (ECU) y el sistema de distribución de energía.
7. Control Industrial
8. Accionamiento de motor: se utiliza para accionamientos y controladores de motores de alta potencia.
9. PCL: se utiliza para sistemas de control de automatización industrial de alta potencia.
10. Equipos de Comunicación: estación 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, los PCBs de cobre grueso pueden cumplir dichos requisitos, por ejemplo, equipos de imagenología médica, equipos de curación y equipos de soporte vital.
12. Bienes de Consumo: en el área de bienes de consumo, los PCBs de cobre grueso se utilizan principalmente para productos de alta potencia, como aires acondicionados, refrigeradores, hornos microondas.

IV. Puntos a tener en cuenta al diseñar un PCB de Cobre Grueso

Dado que los PCBs de cobre grueso necesitan soportar una mayor carga y corriente y se utilizan en condiciones severas, el diseño correcto de los PCBs de cobre grueso es de gran importancia. Aquí hay algunos puntos a considerar al diseñar PCBs de cobre grueso:

1. Diseño de capacidad de transporte de corriente

• Elija un espesor de cobre adecuado que pueda funcionar para su placa según la corriente, por ejemplo, 3 oz/ft² o más.
• Calcule el ancho de línea según el estándar IPC-2152 para garantizar que la placa pueda transportar la corriente sin generar demasiado calor.
• Aumente la cantidad y dimensión de los vías para transportar mayor corriente y menor resistencia.
• Optimice el diseño para evitar el sobrecalentamiento debido a una disposición inadecuada.

2. Gestión térmica

• Diseño de liberación térmica: agregue más vías térmicas para conducir el calor a otras capas o disipadores de calor y utilice una gran área de cobre para una mejor disipación de calor.
• Realice simulación térmica durante el proceso de diseño, identifique el área caliente y optimice el diseño del circuito.
• Diseño de componentes: coloque los componentes de alta generación de calor, por ejemplo, MOSFET de potencia y transformador, en el área con buen rendimiento de disipación de calor. Los componentes sensibles al calor deben estar alejados de los componentes de alta generación de calor.
• Material base de disipación de calor: el material base debe soportar altas temperaturas, y el valor Tg debe ser superior a 130 ℃ si se utiliza FR4. O utilice un material de alta conductividad térmica, como base metálica o material cerámico.

3. Integridad de la señal

• Control de impedancia: el espesor del PCB de cobre grueso influirá en la impedancia, el ancho y el espacio de la línea deben calcularse con precisión.
• Reducir la diafonía: Aumente el espacio de la línea 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 las rutas de señales de alta frecuencia lo más cortas posible para reducir reflexiones y pérdidas, y utilice enrutamiento de pares diferenciales para reducir el ruido.

4. Resistencia mecánica y fiabilidad

• Proceso de laminación: el proceso de laminación de PCBs de cobre grueso es complejo, y la resistencia de unión entre las capas debe garantizarse para evitar problemas de delaminación debido a un espesor de cobre desigual.
• Espesor de la placa: la capa de cobre grueso aumentará el espesor total del PCB, el diseñador necesita considerar el ensamblaje y la resistencia mecánica.
• Flexión y estrés: es mejor evitar demasiados vías en el área de cobre grueso para reducir el estrés mecánico y agregar un diseño de refuerzo en el borde del PCB y los orificios de ensamblaje.

5. Diseño de componentes y circuitos

• Diseño de componentes de alta potencia: los componentes de alta potencia deben tener un diseño centralizado para una mejor disipación de calor y gestión de corriente. Los componentes de alta potencia deben mantenerse alejados de los componentes de señal sensibles.
• Plano de fuente de alimentación y tierra: al diseñar un PCB multicapa, se diseñan planos de fuente de alimentación y tierra completos para reducir el ruido y la impedancia del bucle del circuito.
• Optimizar el diseño: mantenga las rutas de alta corriente lo más cortas posible para reducir la resistencia y la pérdida de potencia. Utilice un cableado en estrella o en red para garantizar una distribución uniforme del circuito.

6. Control de costos

• Elegir material: elija un material base y cobre rentable si la placa cumple con los requisitos de rendimiento.
• Optimice el diseño y la disposición para reducir el número de capas y el tamaño de la placa para disminuir el costo de fabricación.
• Proceso de fabricación: el diseñador debe tener una comunicación estrecha con los proveedores de PCB para comprender sus capacidades, elegir el proceso de fabricación adecuado y evitar el sobrediseño.

V. El Futuro de los PCBs de Cobre Grueso

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

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