Когда печатной плате необходимо справляться с более высоким током или рассеивать больше тепла, чем стандартная плата может комфортно обеспечить, более толстая медь может быть лучшим выбором.

Именно здесь печатьная плата с толстым медным слоем на помощь приходит технология. Используя более толстую медь на внутренних или внешних слоях, печатная плата может пропускать больший ток и обеспечивать лучший путь для рассеивания тепла по плате.

Печатные платы с тяжелой медью обычно используются в источниках питания, автомобильной электронике, системах зарядки электромобилей, промышленном оборудовании, системах возобновляемой энергетики и других приложениях, где ток и тепло требуют тщательного управления.

В этом руководстве мы рассмотрим, что такое печатная плата с тяжелой медью, как толщина меди влияет на производительность, что делает производство этих плат более сложным и на что следует обратить внимание при выборе производителя.

Что такое печатная плата с тяжелой медью?

Печатная плата с тяжелой медью — это печатная плата, изготовленная со значительно более толстой медью, чем стандартная печатная плата. В зависимости от конструкции и производителя, тяжелая медь может использоваться как на внешних, так и на внутренних слоях, или на обоих.

Стандартные печатные платы обычно используют медь от 0,5 унции до 2 унций, тогда как конструкции с тяжелой медью часто начинаются от 3 унций и могут быть значительно толще для специализированных применений.

Простое сравнение выглядит так:

Вес меди	Примерная толщина меди	Типичные применения
1 унция	~35 мкм	Общая электроника
2 унции	~70 мкм	Схемы с высоким током
3-4 унции	~105-140 мкм	Источники питания, промышленное оборудование
6-8 унций	~210-280 мкм	Силовая электроника, инверторы, системы электромобилей
10 унций+	~350 мкм+	Специализированные приложения с высоким током

Точная окончательная толщина меди зависит от конструкции платы и производственного процесса, поэтому всегда полезно проверить возможности производителя перед окончательным утверждением конструкции.

Основная причина использования более толстой меди проста: больше меди дает току больший путь для протекания и помогает более эффективно рассеивать тепло.

Какая толщина меди считается тяжелой?

Не существует единого универсального определения, используемого всеми производителями печатных плат, но медь весом 3 унции и выше обычно описывается как тяжелая медь.

Для некоторых применений может быть достаточно 3 или 4 унций меди. Другие конструкции могут требовать 6, 8, 10 унций или еще более толстой меди.

Правильная толщина меди зависит от нескольких факторов, включая:

• Требуемый ток
• Ширина проводника
• Допустимый рост температуры
• Конструкция платы
• Доступное пространство
• Тепловые требования
• Производственные возможности

Таким образом, более толстая медь автоматически не означает лучше. Цель состоит в том, чтобы выбрать достаточное количество меди для фактических электрических и тепловых требований платы.

Почему инженеры выбирают печатные платы с тяжелой медью?

Самая распространенная причина — ток.

Когда печатная плата должна пропускать большой ток, использование стандартной меди может потребовать очень широких проводников. В некоторых конструкциях для этого просто недостаточно места на плате.

Использование более толстой меди может обеспечить большую пропускную способность по току без необходимости делать каждый проводник чрезвычайно широким.

Более высокая пропускная способность по току

Более толстый медный слой обеспечивает большую площадь поперечного сечения для протекания тока.

Проще говоря: Ширина проводника × толщина меди = площадь поперечного сечения

Увеличение либо ширины проводника, либо толщины меди увеличивает доступную площадь поперечного сечения.

Для конструкций с ограниченным пространством на плате увеличение толщины меди может быть практичным способом работы с более высоким током.

Лучшее управление теплом

Медь также помогает отводить тепло от областей, где силовые компоненты выделяют тепло.

Например, MOSFET, IGBT, силовые ИС и другие силовые компоненты могут выделять значительное тепло во время работы. Правильно спроектированные медные области могут помочь рассеивать это тепло по печатной плате и к другим охлаждающим структурам.

Однако тяжелую медь не следует рассматривать как замену любому типу радиатора или системы охлаждения. Фактическая тепловая производительность зависит от всей конструкции печатной платы.

Лучшая долговечность

Более толстая медь также может сделать определенные части печатной платы более механически прочными.

Это может быть полезно в приложениях, подверженных вибрации, перепадам температур или другим жестким условиям эксплуатации.

Как толщина меди влияет на производительность печатной платы?

Толщина меди влияет не только на пропускную способность по току.

Она также влияет на то, как проектируется и изготавливается печатная плата.

1. Электрическое сопротивление

При одинаковой ширине и длине проводника увеличение толщины меди снижает сопротивление проводника.

2. Пропускная способность по току

Большее количество меди, как правило, позволяет проводнику пропускать больший ток, поддерживая рост температуры в требуемом диапазоне.

Однако пропускная способность по току не может определяться только по толщине меди. Ширина проводника, длина проводника, допустимый рост температуры, расположение слоя и окружающая структура печатной платы также имеют значение.

3. Ширина и расстояние между проводниками

Это одна из практических проблем проектирования печатных плат с тяжелой медью.

По мере увеличения толщины меди достижение очень тонких проводников и узких зазоров становится более трудным из-за процесса травления.

Именно поэтому разработчики должны проверять возможности производителя перед определением окончательной ширины линии и зазора.

4. Термическая нагрузка

Тяжелая медь и окружающие материалы печатной платы расширяются и сжимаются с разной скоростью при изменении температуры.

Для требовательных приложений выбор материала и конструкция стека должны учитывать это, чтобы снизить риск проблем с надежностью.

Производственные трудности печатных плат с тяжелой медью

Создание печатной платы с тяжелой медью — это не просто добавление большего количества меди в стандартную печатную плату.

Чем толще медь, тем больше внимания требуется на нескольких этапах производства.

1. Травление меди

Травление — одна из основных проблем.

Когда медь становится толще, удаление ненужной меди становится сложнее. Более длительное время травления также может увеличить подтравливание, что может повлиять на конечную ширину проводника. По этой причине производство с тяжелой медью требует тщательного контроля процесса травления и соответствующей компенсации при визуализации и производстве печатных плат.

Точные пределы зависят от толщины меди и технологических возможностей производителя.

2. Гальваническое покрытие медью

Гальваническое покрытие медью — еще одна важная часть производства печатных плат с тяжелой медью.

Более толстой меди может потребоваться более длительное время покрытия и более строгий контроль процесса покрытия. Это становится особенно важным, когда медь необходимо наращивать на металлизированных сквозных отверстиях, а также на поверхностях платы.

Хорошее распределение меди и равномерность покрытия важны как для электрических характеристик, так и для надежности.

3. Ламинирование и заполнение смолой

Толстые медные элементы могут создавать большие зазоры между медными рисунками на внутренних слоях. Во время ламинирования эти области необходимо должным образом заполнить смолой. Если выбор материала или процесс ламинирования не подходят, могут возникнуть проблемы, такие как пустоты или расслоение.

Таким образом, для многослойных плат с тяжелой медью конструкция стека и выбор препрега необходимо рассматривать вместе с толщиной меди.

4. Выбор материала

Правильный материал печатной платы зависит от температуры, надежности и электрических требований приложения.

Для приложений с более высокими тепловыми требованиями могут быть рассмотрены материалы с высоким Tg.

Выбор материала не должен основываться только на толщине меди. Необходимо одновременно учитывать рабочую температуру, структуру слоев, тепловые требования и требования к надежности.

5. Сверление и металлизация отверстий

Конструкция с тяжелой медью также может сделать сверление и металлизацию отверстий более требовательными.

Производственный процесс должен учитывать толщину меди и общую конструкцию платы, чтобы гарантировать соответствие металлизированных отверстий требуемым спецификациям. Это особенно важно для многослойных плат с множеством металлизированных сквозных отверстий.

Рекомендации по проектированию печатных плат с тяжелой медью

Если вы проектируете печатную плату с тяжелой медью, есть несколько вещей, которые стоит проверить с производителем на ранней стадии процесса.

1. Ширина и расстояние между проводниками

Не предполагайте, что та же ширина линии и зазор, используемые для стандартной печатной платы, будут работать с 4 унциями, 6 унциями или более толстой медью.

Требуемые правила проектирования зависят от толщины меди и возможностей травления производителя.

2. Проектирование переходных отверстий

Конструкции с высоким током могут требовать тщательного подбора размера и распределения переходных отверстий.

В зависимости от требований к току и тепловым характеристикам, может использоваться несколько переходных отверстий для обеспечения дополнительных электрических и тепловых путей.

3. Управление тепловыми режимами

Большие медные области могут помочь рассеивать тепло, но размещение компонентов, тепловые переходные отверстия, медные плоскости и внешнее охлаждение должны рассматриваться как часть единой тепловой конструкции.

4. Стек слоев

Для многослойных плат с тяжелой медью важно распределение меди по стеку.

Подходящий стек может помочь с балансом платы, тепловыми характеристиками и технологичностью.

Когда тяжелая медь сочетается с такими технологиями, как Печатные платы с высокой плотностью межсоединений (HDI PCB) или многослойная печатная плата, правила стека и производства должны быть тщательно проверены перед производством.

Печатная плата с тяжелой медью против стандартной печатной платы

Характеристика	Стандартная печатная плата	Печатные платы с толстым медным покрытием (Heavy Copper PCB)
Вес меди	Обычно 0,5–2 унции	Обычно 3 унции и выше
Пропускная способность по току	Подходит для общих применений	Подходит для конструкций с более высоким током
Управление теплом	Стандартное	Лучшее рассеивание тепла на основе меди
Возможность тонких проводников	Как правило, проще	Более сложно по мере увеличения толщины меди
Производство	Стандартные процессы	Более требовательное травление и покрытие
Стоимость	Как правило, ниже	Как правило, выше
Типичные применения	Общая электроника	Применения с высокой мощностью и высоким током

Важный момент заключается в том, что печатная плата с тяжелой медью не обязательно лучше для каждого применения.

Если плата обрабатывает только низкий ток, стандартная медь может быть более экономичной и простой в изготовлении. Тяжелая медь имеет больше смысла, когда этого требуют электрические, тепловые или механические характеристики.

Где используются печатные платы с тяжелой медью?

Печатные платы с тяжелой медью в основном используются там, где плата должна справляться с более высоким током, теплом или мощностью.

1. Автомобильные системы и системы электромобилей

Тяжелая медь может использоваться в таких областях, как распределение питания, системы, связанные с аккумуляторами, инверторы и бортовое зарядное оборудование.

2. Источники питания

Преобразователи AC-DC, DC-DC, промышленные источники питания и другая силовая электроника могут использовать более толстую медь для работы с более высоким током.

3. Возобновляемая энергетика

Солнечные инверторы, системы накопления энергии и другое оборудование для преобразования энергии могут выиграть от конструкции с тяжелой медью.

4. Промышленное оборудование

Управление двигателями, промышленные приводы, сварочное оборудование и другие системы высокой мощности являются распространенными применениями.

5. Другие системы высокой мощности

Тяжелая медь также может использоваться в системах ИБП, оборудовании для распределения питания и других приложениях, где важны высокий ток и управление тепловыми режимами.

Сколько стоит печатная плата с тяжелой медью?

Печатные платы с тяжелой медью, как правило, стоят дороже стандартных печатных плат, но фактическая цена сильно зависит от конструкции платы.

Некоторые из основных факторов стоимости включают:

1. Толщина меди

Больше меди означает больше материала и, как правило, больше обработки.

2. Количество слоев

6-слойная плата с тяжелой медью, очевидно, сложнее, чем простая 2-слойная плата.

3. Размер платы

Более крупные платы требуют большего количества материала и могут повлиять на эффективность производства.

4. Материал

Требуемый ламинат и препрег могут существенно повлиять на конечную цену.

5. Ширина линии и расстояние

Толстая медь в сочетании с узкими требованиями к линии/зазору может усложнить производство.

6. Количество

Прототипные и серийные заказы имеют разные структуры затрат.

По этой причине сложно дать значимую цену на печатную плату с тяжелой медью, основываясь только на весе меди. Производителю обычно требуются Gerber-файлы и ключевые спецификации для предоставления точной котировки.

Как выбрать производителя печатных плат с тяжелой медью?

Не все производители печатных плат имеют одинаковый опыт работы с платами из толстой меди.

Перед размещением заказа стоит проверить несколько моментов.

1. Проверьте возможности по толщине меди

Убедитесь, что производитель может стабильно производить требуемую толщину меди, включая внешние и внутренние слои при необходимости.

2. Проверьте производственные возможности

Спросите об их процессах травления, покрытия, сверления, ламинирования и других процессах для плат с тяжелой медью.

3. Проверьте инженерную поддержку

Хороший производитель должен иметь возможность просмотреть дизайн перед производством и указать на потенциальные производственные проблемы.

4. Проверьте контроль качества

Для требовательных приложений запросите информацию о процедурах проверки и тестирования, включая AOI, электрические испытания и анализ поперечного сечения, где это применимо.

5. Проверьте возможности производства прототипов и серийного производства

Если вы планируете перейти от прототипов к массовому производству, полезно работать с производителем, который может поддерживать оба этапа.

Производство печатных плат с тяжелой медью в Jerico

Нужна печатная плата с тяжелой медью для приложений с высоким током или мощностью?

Jerico поддерживает производство печатных плат с тяжелой медью для таких применений, как силовая электроника, автомобильная электроника, промышленное оборудование, хранение энергии и другие требовательные приложения.

Наша инженерная команда может просмотреть ваши Gerber-файлы, толщину меди, количество слоев, материал и другие спецификации перед производством, чтобы проверить технологичность и предоставить котировку.

Поделитесь своими Gerber-файлами и спецификациями с инженерной командой Jerico для обзора технологичности и котировки.