Tung koppar-PCB är en viktig teknik i specifika högeffekts- och högströmstillämpningar, särskilt när det gäller strömförsörjning och utrustning som kräver hög strömkapacitet.
Kort sagt, tunga koppar-PCB är ett slags kretskort där kopparfoliens tjocklek är betydligt större än för konventionella kretskort:
● Konventionella kretskort: Det yttre kopparskiktets tjocklek är vanligtvis 1 OZ/ft² (cirka 35 µm), medan de inre skikten vanligtvis är 0,5 OZ/ft² eller 1 OZ/ft².
● Tunga kopparkretskort: kretskort med en koppartjocklek ≥ 3OZ/ft² (cirka 105µm) definieras generellt som tunga kopparkretskort. Tekniskt sett kan koppartjockleken nå 10OZ/ft² (cirka 350µm) eller ännu högre.
Omvandling:
1OZ/ft² = 35µm (mikrometer)
Vanliga tjocklekar: 1 oz (35 µm), 2 oz (70 µm), 3 oz (105 µm), 4 oz (140 µm), 6 oz (210 µm), 10 oz (350 µm), etc.
1) Hög strömbärande kapacitet: Detta är det primära syftet. Enligt formeln I = k * ΔT^0,44 * A^0,725 (IPC-2221-standarden) är en ledares strömbärande kapacitet positivt korrelerad med kopparfoliens tvärsnittsarea (A). Att fördubla koppartjockleken kan öka strömbärande kapaciteten avsevärt, vilket minskar risken för överhettning.
2) Utmärkt värmeavledning: Koppar är en god ledare, ett tjockare kopparlager kan leda värmen som genereras av komponenter (som MOSFET, IGBT, etc.) snabbare till kylflänsen eller höljet, vilket minskar driftstemperaturen och förbättrar tillförlitlighet och livslängd.
3) Ökad mekanisk styrka: Tjocka kopparlager ger större mekanisk styrka till kontaktplattorna och vias. Detta är särskilt fördelaktigt för kontakter som kräver ständig anslutning och urkoppling, och tjockare koppar ger mer stöd till tunga komponenter.
4) Specialdesign:
● Plana transformatorer/induktorer: Magnetiska komponenter kan bäddas in direkt i kretskortslagret, vilket uppnår hög effekttäthet med hjälp av tunga kopparfolier.
● Lågompedansströmförsörjningsvägar: Minskar spänningsfall och strömförbrukning på strömförsörjningsvägar med hög ström.
● Strömförsörjning: Högeffekts AC/DC- och DC/DC-omvandlare (t.ex. serverströmförsörjning, industriell strömförsörjning), UPS.
● Ny energi: Solcellsväxelriktare, vindkraftsomvandlare, nya energifordon (ombordladdare, motorstyrenheter, batterihanteringssystem, BMS).
● Effektreglering: Motordrifter, industriell styrning, svetsutrustning.
● Flyg- och militärsektorn: Högtillförlitlig och kraftfull utrustning för flyg eller satellit.
● Fordon: Strålkastarkontroller, kraftfördelningsenheter.
● Högpresterande LED-belysning: Används för värmeavledning och överföring av drivström.
Jämfört med traditionella kretskort erbjuder tunga kopparkort, samtidigt som de erbjuder förbättrad specifik prestanda, högre krav på design och tillverkning:
● Linjebredd/-avstånd: Etsning resulterar i "sidoetsning", vilket är mer allvarligt med tjockare koppar. Därför kan inte mycket fina linjer skapas. Linjer på tunga koppar-kretskort är vanligtvis bredare med större avstånd.
Till exempel, med en koppartjocklek på 3 oz, kan den minsta linjebredden/avståndet behöva vara 8–10 mil (0,2–0,25 mm) eller mer.
● Krav för kopparplätering: För att kunna bära höga strömmar och säkerställa mekanisk hållfasthet måste kopparpläteringen på viornas innerväggar också vara tjockare (t.ex. 2–3 mil eller mer).
● Lamineringsjustering: På grund av ojämn koppartjocklek och varierande flöde under laminering är justeringskontrollen svårare.
● Impedanskontroll: I högfrekventa tillämpningar påverkar tjock koppar den karakteristiska impedansen, vilket gör konstruktionsberäkningarna mer komplexa.
1) Mönsteröverföring/exponering: Tjock kopparfolie gör det svårt för torrfilm eller flytande fotoresist att helt täcka och bilda ett enhetligt mönster, vilket kräver hög exponeringsjämnhet.
2) Etsning: En av de största utmaningarna. Etsningsprocessen kräver mer tid och sidoetsning kan ske, vilket resulterar i trapetsformade tvärsnitt istället för ideala rektanglar. Det är nödvändigt att kontrollera etsningsparametrar och kemikalier exakt.
3) Laminering: Tjocka kopparmönster ger betydande ojämnheter under lamineringen, vilket kräver att stora mängder prepreg-harts fylls på. Detta kan leda till problem som bubblor och ojämnt hartsflöde, vilket kräver speciella fyllnings- och lamineringsprocesser.
4) Borrning: Tjocka kopparlager orsakar snabbt borrslitage, vilket potentiellt kan leda till högre ojämnhet i hålväggen. Justeringar av borrparametrar och noggrannare rengöring av hålväggen krävs.
5) Elektroplätering: Att säkerställa att ett tillräckligt tjockt kopparlager är jämnt pläterat på vior och ytor medför ytterligare utmaningar.
För att möta ovanstående utmaningar måste tillverkare överväga:
● Stegvis etsning: Etsning i flera steg, där varje gång en del av djupet etsas för att minska lateral etsning.
● Speciella etsningslösningar: Användning av lösningar med låga laterala etsningshastigheter, såsom sur kopparklorid.
● Pressar för höga ton: Högt tryck används för att säkerställa att hartset fyller mellanrummen mellan linjerna helt.
● Flera lamineringar: För extremt tjocka koppar- eller flerskiktade tjocka kopparskivor kan flera lamineringssteg användas.
● Laserablation: För extremt högprecisionsbetonade tjocka kopparmönster kan direkt laserformning användas istället för traditionell etsning.
Detta är en vanlig förvirring:
● Tunga koppar-kretskort: Avser kretskort med mycket tjock kopparfolie på spårlagren, medan substratet kvarstår som isolerande hartsmaterial såsom FR-4, CEM-3 eller PI. Dess primära funktion är att öka strömbärförmågan, och den sekundära fördelen är utmärkt värmeavledning.
● Kopparsubstrat Kretskort: En typ av metallsubstrat, vars struktur är: Översta lager kopparfolie → Isolerande och värmeledande dielektriskt lager → Övergripande metallsubstrat (vanligtvis aluminium eller koppar). Det åtgärdar främst värmeavledningsproblem. Dess koppartjocklek kan vara antingen standard 1 OZ eller tjockare koppar. Kärnfunktionen är en enda metallbit som fungerar som kylfläns.
Kort sagt: ett tungt koppar-PCB betyder att ledarna själva är mycket tjocka, medan ett kopparsubstrat innebär att det finns en enda bit metallsubstrat.
| Egenskaper | Standardkretskort | Tung kopparkretskort |
| Huvudsyfte: | Signaltransport, lågströmskapacitet | Hög strömbärande kapacitet, effektiv värmeavledning |
| Typisk koppartjocklek | 1 oz (35 µm) | ≥ 3 oz (105 µm) |
| Linjenoggrannhet | Hög, möjliggör fina linjer | Låg, kräver större radavstånd |
| Kosta | Relativt låg | Hög (material + specialprocesser) |
| Applikationer | Industriell styrning, medicin, säkerhet, telekommunikation, robotik, konsumentelektronik etc. | Strömförsörjning, ny energi, industriell styrning, fordonskraft |
När ingenjörer väljer vilken typ av kretskort som ska användas måste de utvärdera ström, krav på värmehantering, utrymmesbegränsningar, kostnadsbudget och ledningstäthet noggrant, för att sedan avgöra om ett tungt koppar-kretskort är det ideala alternativet och hur tjock kopparfolien ska vara. För höga ström- och värmeavledningskrav kan ibland en kombination av ett tjockt koppar-kretskort med ett metallsubstrat också övervägas.
Benlida har fokuserat på kretskortstillverkning i 14 år, produktionserfarenhet, med marknadsorientering och kundcentrerad inställning, uppgraderar vi kontinuerligt tillverkningsanläggningen och optimerar våra produktionsprocesser. Om du behöver producera tunga kopparkretskort, är du välkommen att kontakta oss!
sv
WhatsApp