Когда печатной плате необходимо выдерживать более высокий ток или рассеивать больше тепла, чем может комфортно обеспечить стандартная плата, более толстая медь может быть лучшим выбором.

Здесь на помощьпечатные платы с тяжелой медью (heavy copper PCB)технология. Использование более толстой меди на внутренних или внешних слоях позволяет плате проводить больший ток и обеспечивает лучший путь для распространения тепла по плате.

Тяжелые медные печатные платы обычно используются в блоках питания, автомобильной электронике, системах зарядки электромобилей, промышленном оборудовании, системах возобновляемой энергии и других приложениях, где необходимо тщательно управлять током и теплом.

В этом руководстве мы рассмотрим, что такое тяжелая медная печатная плата, как толщина меди влияет на производительность, что делает эти платы более сложными в производстве и на что обращать внимание при выборе производителя.

Что такое тяжелая медная печатная плата?

Тяжелая медная печатная плата — это печатная плата, изготовленная со значительно более толстым слоем меди, чем стандартная печатная плата. В зависимости от конструкции и производителя, тяжелая медь может использоваться на внешних слоях, внутренних слоях или на обоих.

В стандартных печатных платах обычно используется медь весом от 0,5 до 2 унций, в то время как конструкции с тяжелой медью часто начинаются с 3 унций и могут быть значительно выше для специализированных применений.

Простое сравнение выглядит следующим образом:

Вес меди	Приблизительная толщина меди	Типичные применения
1 унция	~35 мкм	Обычная электроника
2 унции	~70 мкм	Цепи с более высоким током
3-4 унции	~105-140 мкм	Блоки питания, промышленное оборудование
6-8 унций	~210-280 мкм	Силовая электроника, инверторы, системы для электромобилей
10 унций+	~350 мкм+	Специализированные применения с высокой силой тока

Точная конечная толщина меди зависит от конструкции платы и производственного процесса, поэтому всегда полезно подтверждать возможности производителя перед завершением проектирования.

Основная причина использования более толстой меди проста:больше меди обеспечивает больший путь для прохождения тока и помогает более эффективно рассеивать тепло.

Какая толщина меди считается тяжелой медью?

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

Для некоторых применений может быть достаточно меди весом 3 или 4 унции. Другие конструкции могут требовать 6, 8, 10 унций или даже более толстую медь.

Правильная толщина меди зависит от нескольких факторов, включая:

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

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

Почему инженеры выбирают тяжелые медные печатные платы?

Наиболее распространенная причина — этоток.

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

Использование более толстой меди может обеспечить большую пропускную способность по току без необходимости делать каждую дорожку чрезвычайно широкой.

Более высокая пропускная способность по току

Более толстый слой меди обеспечивает большую площадь поперечного сечения для прохождения тока.

Простыми словами:Ширина дорожки × толщина меди = площадь поперечного сечения

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

Для конструкций с ограниченным пространством на плате увеличение толщины меди может быть практичным способом обработки более высокого тока.

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 распределить это тепло по печатной плате и к другим охлаждающим структурам.

Однако тяжелую медь не следует рассматривать как замену всем типам радиаторов или систем охлаждения. Фактическая тепловая производительность зависит от полной 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 сложным условиям эксплуатации.

Как толщина меди влияет на производительность печатной платы?

Толщина меди влияет не только на пропускную способность по току.

Она также влияет на способ проектирования и изготовления печатной платы.

1.Электрическое сопротивление

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

2.Пропускная способность по току

Больше меди обычно позволяет дорожке проводить больший ток, сохраняя при этом рост температуры в требуемом диапазоне.

Однако пропускную способность по току нельзя определить только по толщине меди. Ширина дорожки, длина дорожки, допустимый рост температуры, расположение слоя и окружающая структура печатной платы также имеют значение.

3.Ширина дорожек и зазоры

Это одна из практических проблем проектирования тяжелых медных печатных плат.

По мере увеличения толщины меди достижение очень тонких дорожек и плотных зазоров становится более сложным из-за процесса травления.

Вот почему проектировщики должны проверять возможности производителя перед выбором окончательной ширины линий и зазоров.

4.Тепловое напряжение

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

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

Сложности производства тяжелых медных печатных плат

Изготовление тяжелой медной печатной платы — это не просто добавление большего количества меди на 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 нежелательной меди становится более сложным. Более длительное время травления также может увеличить подтравливание, что может повлиять на конечную ширину дорожки. По этой причине производство тяжелой меди требует тщательного контроля процесса травления и соответствующей компенсации при формировании рисунка и производстве печатной платы.

Точные пределы зависят от толщины меди и технологических возможностей производителя.

2.Гальваническое покрытие меди

Гальваническое покрытие меди — еще одна важная часть производства тяжелых медных печатных плат.

Более толстая медь может потребовать более длительного времени осаждения и более жесткого контроля процесса. Это становится особенно важным, когда медь необходимо наращивать как на металлизированных отверстиях, так и на поверхностях платы.

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

3.Ламинация и заполнение смолой

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

Для многослойных плат с тяжелой медью структура стека и выбор препрега должны рассматриваться вместе с толщиной меди.

4.Выбор материала

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

Для применений с более высокими тепловыми требованиями могут рассматриваться материалы с высокой температурой стеклования (Tg).

Выбор материала не должен основываться только на толщине меди. Рабочая температура, структура слоев, тепловые требования и требования к надежности должны рассматриваться вместе.

5.Сверление и металлизация отверстий

Конструкция с тяжелой медью также может предъявлять более высокие требования к сверлению и металлизации отверстий.

Производственный процесс должен учитывать толщину меди и общую конструкцию платы, чтобы гарантировать, что металлизированные отверстия соответствуют требуемым спецификациям. Это особенно важно для многослойных плат с большим количеством металлизированных отверстий.

Рекомендации по проектированию тяжелых медных печатных плат

Если вы проектируете тяжелую медную печатную плату, есть несколько вещей, которые стоит проверить с производителем на раннем этапе процесса.

1.Ширина дорожек и зазоры

Не предполагайте, что та же ширина линий и зазоры, используемые для стандартной печатной платы, подойдут для меди весом 4, 6 унций или более толстой.

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

2. Проектирование переходных отверстий

Конструкции с высокой силой тока могут потребовать тщательного выбора размера и распределения переходных отверстий.

В зависимости от требований к току и теплу можно использовать несколько переходных отверстий для обеспечения дополнительных электрических и тепловых путей.

3. Управление теплом

Большие медные области могут помочь в распространении тепла, но размещение компонентов, тепловые переходные отверстия, медные полигоны и внешнее охлаждение должны рассматриваться как часть одной и той же тепловой конструкции.

4. Структура слоев (стек)

Для многослойных плат с тяжелой медью важно распределение меди по всей структуре стека.

Подходящая структура стека может способствовать балансу платы, тепловым характеристикам и технологичности.

Когда тяжелая медь сочетается с такими технологиями, какHDI печатные платыилиМногослойная печатная плата (multilayer PCB), структура стека и правила производства должны быть тщательно проверены перед запуском в производство.

Тяжелая медная печатная плата против стандартной печатной платы

Характеристика	Стандартная печатная плата	Печатные платы с тяжёлой медью
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 распространение тепла на основе меди
Возможность тонких линий	Как правило, проще	Сложнее по мере увеличения толщины меди
Производство	Стандартные процессы	Более сложные процессы травления и осаждения
Стоимость	Как правило, ниже	Как правило, выше
Типичные применения	Обычная электроника	Применения с высокой мощностью и током

Важный момент заключается в том, чтотяжелая медная печатная плата не обязательно лучше для каждого применения.

Если плата обрабатывает только низкий ток, стандартная медь может быть более экономичной и простой в производстве. Тяжелая медь имеет смысл, когда электрические, тепловые или механические требования это оправдывают.

Где используются тяжелые медные печатные платы?

Тяжелые медные печатные платы в основном используются там, где плате необходимо выдерживать более высокий ток, тепло или мощность.

1. Автомобильные системы и системы для электромобилей

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

2. Блоки питания

Преобразователи AC-DC, преобразователи DC-DC, промышленные блоки питания и другая силовая электроника могут использовать более толстую медь для обработки более высокого тока.

3. Возобновляемая энергия

Солнечные инверторы, системы хранения 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 мощные системы являются распространенными применениями.

5. Другие мощные системы

Тяжелую медь также можно найти в системах ИБП, оборудовании для распределения электроэнергии и других приложениях, где важны высокая сила тока и управление теплом.

Сколько стоит тяжелая медная печатная плата?

Тяжелые медные печатные платы обычно стоят дороже стандартных, но фактическая цена сильно зависит от конструкции платы.

Некоторые из основных факторов стоимости включают:

1. Толщина меди

Больше меди означает больше материала и обычно больше обработки.

2. Количество слоев

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

3. Размер платы

Платы большего размера требуют больше материала и могут повлиять на эффективность производства.

4. Материал

Требуемый ламинат и препрег могут существенно повлиять на конечную цену.

5. Ширина линий и зазоры

Толстая медь в сочетании с жесткими требованиями к линиям/зазорам может усложнить производство.

6. Количество

Прототипные и серийные заказы имеют разную структуру затрат.

По этой причине сложно дать значимую цену на тяжелую медную печатную плату, основываясь только на весе меди. Производителю обычно нужны Gerber-файлы и ключевые спецификации для предоставления точного ценового предложения.

Как выбрать производителя тяжелых медных печатных плат?

Не каждый производитель печатных плат имеет одинаковый опыт работы с платами из толстой меди.

Перед размещением заказа стоит проверить несколько вещей.

1. Проверьте возможности по толщине меди

Убедитесь, что производитель может стабильно производить медную толщину, требуемую вашей конструкцией, включая как внешние, так и внутренние слои, если необходимо.

2. Проверьте производственные возможности

Расспросите о процессах травления, осаждения, сверления, ламинации и других процессах для тяжелых медных плат.

3. 3. Проверьте инженерную поддержку

Хороший производитель должен быть в состоянии проверить конструкцию перед производством и указать на потенциальные производственные проблемы.

4. Проверьте контроль качества

Для сложных применений расспросите о процедурах инспекции и тестирования, включая AOI, электрическое тестирование и анализ поперечных сечений, где это целесообразно.

5. Проверьте возможности по прототипам и серийному производству

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

Производство тяжелых медных печатных плат в Jerico

Нужна тяжелая медная печатная плата для применения с высокой силой тока или мощностью?

Jericoподдерживает производство тяжелых медных печатных плат для таких применений, как силовая электроника, автомобильная электроника, промышленное оборудование, хранение энергии и других сложных приложений.

Наша инженерная команда может проверить вашиGerber-файлы, толщину меди, количество слоев, материал и другие спецификацииперед производством, чтобы проверить технологичность и предоставить ценовое предложение.

Отправьте ваши Gerber-файлы и спецификации инженерной команде Jerico для проверки технологичности и полученияценового предложения.