Печатна платка с тежък мед

Печатна платка с дебел мед, известна още като платка с дебел мед, е специален тип PCB с дебелина на медната фолиа ≥2 унции (70 μm), което значително надвишава стандартните 1 унция/35 μm при обикновените PCB. Често срещаните спецификации варират от 2 до над 10 унции. Основните характеристики са по-голяма токов товароносимост, по-добра топлоотвеждане и по-голяма механична якост. За производството ѝ са необходими специални процеси за галванизация и химично травене, за да се осигури еднородност и адхезия на дебелия мед слоя. В сравнение с обикновените PCB, тежките медни PCB имат по-голяма способност за пренасяне на ток (способни да пренасят десетки до стотици ампери ток), отлична топлоотводност и по-висока технологична сложност. Основно се използват в сценарии като енергийно оборудване, промишлени контролери на честотни преобразуватели, електронни системи за управление на нови електромобили и медицинско оборудване със силови модули, които изискват предаване на голям ток, висока мощност или силна топлоотводност. Обикновените PCB най-често са подходящи за битова електроника и устройства с ниска мощност.

Основните предимства на PCB с дебел мед се състоят в тяхната пригодност за високотокови и високомощностни приложения, което конкретно се изразява в следните аспекти:

· Изключително висока способност за пренасяне на ток:

Дебелият меден слой (≥2 унции) може да пренася десетки до стотици ампера големи токове, което е значително по-добре в сравнение с обикновените платки. Той може да отговаря на изискванията за пренос на ток при високомощни продукти като енергийни устройства и електронни системи за управление на нови електромобили и да избягва загряване и изгаряне на линиите, причинени от претоварване с ток.

· Отлична производителност при отвеждане на топлина:

Медта притежава отлична топлопроводимост. По-дебелият меден слой е отличен топлоотвод, а неговата ефективност при разсейване на топлината е много по-висока в сравнение със стандартните платки. Удебеленият меден слой бързо отвежда топлината, генерирана по време на работата на веригата, ефективно понижава повърхностната температура на платката, минимизира щетите върху компонентите и веригите, причинени от термично стареене, и подобрява стабилността и продължителността на живот на продукта.

· По-голяма механична якост:

Друго важно предимство на високомедните PCB е по-голямата им механична якост. Дебелият меден слой повишава физическата издръжливост на платката, като я прави по-устойчива на огъване и удар, което я прави по-способна да поема физически натоварвания като огъване, вибрации и механични трусове. Може да се адаптира към сурови работни условия с чести вибрации, като промишлени контролни устройства и возилни среди, намалявайки риска от прекъсване на линиите.

· Надеждна стабилна електропроводимост

Дебелият меден слой намалява загубите от съпротивление при предаването на ток, понижава спада на напрежението и осигурява стабилност на предаването на сигнал и захранване във веригата. Особено подхожда за медицинско оборудване и прецизни промишлени системи за управление с високи изисквания към точността на захранването.

· Поддръжка на интегриран дизайн:

Може да осъщи интегрирана компоновка на високотокови вериги и прецизни сигнали, което намалява нуждата от външни радиатори, шунтове и други компоненти, опростява структурата на продукта и подобрява използването на пространството.

· Удължаване на живота

По-висока токопроводимост, по-добра дисипация на топлината и по-голяма механична якост заедно удължават експлоатационния живот на PCB с дебела медна фолиа. Тези платки не са склонни към топлинни или механични повреди, осигурявайки по този начин тяхната нормална работа в продължение на по-дълъг период. Тази надеждност е от жизненоважно значение в приложни области, където поддръжката или подмяната са трудни и скъпи, като например в аерокосмическата или индустриалната среда.

Поради голямата дебелина на медния слой и специалните условия на приложение на дебелослоевите PCB, проектът трябва да вземе предвид електрическите параметри, технологичната осъществимост и надеждността. Основните съображения са следните:

· Избор на дебелина на медта:

Спецификацията за дебелината на медта трябва да се определя въз основа на действителната способност за провеждане на ток и изискванията за отвеждане на топлина на оборудването, за да се избегне прекомерен дизайн и увеличени разходи. Съгласувайте дебелината на медта в комбинация с ширината на проводника и се придържайте към стандарта IPC-2221 за провеждане на ток, за да се гарантира изпълнението на изискванията за предаване на пиков ток.

· Проектиране на трасета:

Високотоковите вериги трябва да бъдат разширени и уедебелени, за да се предотврати прегряване, причинено от твърде висока плътност на тока. Плавни преходи при съединенията между компоненти с малки разстояния и дебели медни вериги за намаляване на внезапните промени в импеданса. Избягвайте вериги с остри ъгли по целия процес, за да се предотврати неравномерно етковане или концентрирани електрически полета, които могат да причинят пробив.

· Проектиране на охлаждането:

За ключови области с топлинно отделяне се планират зони за разсейване на топлината чрез дебел мед и прилагане на мед, или се предвиждат топлопроводими площадки за свързване с външни охлаждащи устройства. Разсейването на топлината се осъществява чрез множество дебели медни слоеве, за да се избегне локално натрупване на топлина. Високотоковите преходи използват металоусилени уедебелени или многобройни успоредни отвори за подобряване на охлаждането.

· Проектиране на преходи и съединения:

Дебелите медни вии увеличават диаметъра на отвора и уплътняват медния слой по стената на отвора. Когато е необходимо, трябва да се използват слепи или скрити отвори или запушване със смола, за да се предотврати напукването на стената на отвора. Паячните площи на щепселните компоненти трябва да бъдат подходящо увеличени, за да се осигури адхезия при запояване към дебелия меден слой. Зоната за високотоково свързване се запълва с мед, вместо с тънки жици, за подобряване на стабилността при пренасяне на тока.

· Контрол на импеданса:

Чрез софтуер за симулация като Altium и Cadence се оптимизират ширината на линията, разстоянието и дебелината на диелектрика, за да се компенсират влиянието на дебелите медни слоеве върху характеристичния импеданс на линията. Високочестотните сигнални линии и дебелите медни захранващи линии се разполагат отделно, за избягване на електромагнитни смущения.

· Съвместимост с процеса:

С оглед характеристиката, че гравирането на дебела медна фолия е склонно към странично гравиране, се предвижда компенсация при гравирането, за да се осигури точността на веригата. За да се избегнат големи непрекъснати области от дебела медна фолия, могат да се добавят допълнителни жлебове или изрязани дизайни, за да се предотврати деформация на PCB. Връзката между пада и медната повърхност използва топлинна пад структура, за да се предотврати фалшиво запояване, причинено от концентрация на топлина по време на заваряване.

· Механична надеждност:

Предвижда се резервен разширителен допуск за дебели медни PCB в комбинация с монтажната конструкция на оборудването, за да се избегне деформация, причинена от температурни промени. Удебелени медни слоеве или допълнителни ребра за засилване се добавят в краищата или натоварените области, за да се повиши устойчивостта към огъване и вибрации, което го прави подходящо за сурови работни условия като превозни средства и индустриални системи за управление.

· Изолация и издръжливо напрежение:

Пропорционално на изпитвания обем на изпитвания обем се определя разстоянието между дебелите медни проводници в съответствие с изискванията за издържане на напрежението на оборудването. В сценарии на високо напрежение допълнително се увеличава разстоянието в съответствие със стандарта за изолация IPC-2221. С тегло на много слоеве медни ПКБС са изработени от високонапрегнати диелектрични материали, за да се предотврати разпадането на междуслойните слоеве.

· Оптимизиране на разходите:

В ключовите зони за разсейване на високоторен и високоторен топлинни емисии се използва само дебела мед, докато стандартната дебелина на мед се запазва в областите, които не са от основно значение, за да се балансират ефективността и разходите. Да се даде приоритет на използването на зрели решения за процесите за опростяване на сложни структури и намаляване на загубите на добив на производството

· Ширина на линията и разстоянието между тях

Ширината и разстоянието между медните проводници са ключови фактори. Оптимизацията трябва да се извърши въз основа на изискванията за пренос на ток и на цялостното оформление на PCB.

· Използвайте топлопроводими vias и топлопроводими подложки

Добавянето на топлопроводни виаси и топлопроводни подложки в конструкцията може да подобри ефекта от отвеждане на топлината. Тези конструкции помагат за разсейване на топлината от горещите точки върху PCB, като по този начин подобряват общото отвеждане на топлина управление.

Поради дебелия меден слой и специалните условия на приложение, инспекцията и тестването на тежки медни печатни платки (дебели медни PCB) трябва да обхващат три основни аспекта: качеството на процеса, електрическите характеристики и надеждността. Основното съдържание е следното:

Проверка на външния вид и производствени дефекти

· Качество на медния слой: Проверка дали дебелият меден слой не е напукан, не е оксидиран и дали няма заострени ръбове по линиите поради неравномерно етковане (трябва да отговаря на стандарта IPC-A-600);

· Падове и виаси: Проверка на равнинността и адхезията на падовете, дебелината на медния слой по стените на виасите дали отговаря на стандарта и дали има празноти или несъосни отвори.

· Деформация на повърхността на платката: Измерете изкривяването на PCB (платките с дебели медни слоеве са склонни към изкривяване поради напрежението в медния слой, което трябва да се контролира в рамките на 0,75%) и проверете за разслояване или мехурчета.

· Точност на размерите: Проверете ключови размери като ширина на линиите, разстояния и диаметър на отворите, за да се осигури съответствие с проектните чертежи (грешката след компенсация на траверса за дебели медни линии трябва да бъде ≤±0,05 мм).

Тест за електрически параметри

· Тест за проводимост и изолация (Hi-Pot тест): Изолацията между линиите се проверява с уред за високонапрежението изолационно тестване, за да се предотврати пробив, причинен от недостатъчно разстояние между дебелите медни слоеве. Проверете проводимостта и отстранявайте неизправности при прекъснати и къси съединения;

· Тест за токопроводима способност: Подайте номиналния ток при симулирани реални работни условия, наблюдавайте повишаването на температурата във веригата (за PCB с дебели медни слоеве, повишението на температурата при номинален ток трябва да бъде ≤20℃), и потвърдете, че няма риск от прегряване или стопяване.

· Тест за импеданс: Използвайте анализатор за импеданс, за да откриете характеристичния импеданс на високочестотната сигнален линия, за да се гарантира, че влиянието на дебелия меден слой върху импеданса отговаря на изискванията за проектиране (грешка ≤±10%);

· Тест за пад на напрежение: Измерете пада на напрежението по линията при пренос на висок ток, за да се потвърди предимството на ниското съпротивление на дебелия меден слой и да се избегне загубата на напрежение, която влияе на производителността на оборудването.

Автоматична оптична инспекция (AOI)

Автоматичната оптична инспекция (AOI) използва напреднала технология за визуализация, за да открие дефекти, които може да не са видими с невъоръжено око.

· Високорезолюционно визуализиране: Системата AOI заснема високорезолюционни изображения на PCB и ги сравнява с проектните спецификации.

· Откриване на дефекти: Тази система може автоматично да идентифицира проблеми като къси съединения, прекъснати вериги, изтъняване на проводници и несъосност.

· Прецизност: AOI осигурява висока прецизност, като гарантира откриването и отстраняването на дори най-малките дефекти.

Тест за надеждност

· Тест за термично циклиране: Цикличен тест в температурния диапазон от -40 ℃ до 125℃ (≥1000 цикъла), за да се провери стабилността на залепването на дебелия меден слой към основата и контактните площи, без отделяне или пукнатини.

· Тест за термичен удар: Бързо превключване между среди с висока и ниска температура (температурна разлика ≥80℃), за да се потвърди устойчивостта на PCB към рязка промяна на температурата, подходящо за сурови условия като автомобилни и индустриално управление.

· Тест за вибрации и механична якост: Симулиране на вибрациите (честота 5~500 Hz) и ударите по време на транспортиране и употреба, за да се провери дали дебелата медна верига е прекъсната и дали проходите са се отлепили.

· Тест за устойчивост към корозия: Проверка на устойчивостта към окисляване и корозия на дебелия меден слой чрез тест с разпръскване на солена мъгла (неутрална солена мъгла, 48 до 96 часа) или тест при влажна топлина (85℃/85% RH, 1000 часа).

· Тест за надеждност на леенето: След приключване на SMT/пробивно монтиране, се проверява якостта на връзката между леките възли и дебелите медни площи и се осигурява отсъствието на фалшиво леене или разлепване (микроструктурата на леките възли може да се анализира чрез металографски сечения).

Потвърждаване на специални характеристики

· Тест за топлоотвеждане: Разпределението на температурата по PCB при пълно натоварване се измерва с топлинен образ, за да се провери ефекта на топлоотвеждане на дебелия меден слой.

· Тест за самозагасяване: За приложения с висока мощност се проверява степента на самозагасяване на PCB съгласно стандарта UL94 (поне на ниво V-0);

· Тест за адхезия: Прилага се тест със стотинна мрежа или опитване на опън, за да се провери адхезията между дебелия меден слой и основата (≥1,5 N/мм).

Печатните платки с дебел меден слой, които притежават висока токопроводимост, отлична топлоотдаденост и висока механична якост, се използват основно в области, изискващи предаване на големи токове, високи мощности или тежки експлоатационни условия. Основните сценарии са следните:

В областта на новите енергийни превозни средства

Основни компоненти: Бордова зарядна система, система за управление на батерията, контролер на електродвигателя, DC/DC преобразувател, модул на зарядна колона.

Причини за прилагане: Необходимо е да се пренасят големи токове (десетки до стотици ампери), както и да се издържат редуване на високи и ниски температури и вибрации. Платките с дебел меден слой осигуряват стабилна подаване на енергия и ефективно отвеждане на топлина, което ги прави подходящи за тежката среда в превозните средства.

Индустриален контрол и енергийно оборудване

Основни компоненти: честотен преобразувател, сервоуправляващо устройство, захранване с резервен източник (UPS), промишлен енергиен модул, контролна платка за високоволтово разпределително табло, основна контролна платка на електро-заваръчна машина.

Причини за прилагане: Промишлените управляващи устройства често изискват висок отбор на мощност. Плочите с дебели медни слоеве могат да намалят загубите от съпротивление в линията, да предотвратят прегряване и едновременно с това да осигурят устойчивост към механични вибрации и електромагнитни помехи, което повишава надеждността на оборудването.

Област на медицинското оборудване

Основни компоненти: Медицински захранвания, енергийни модули за вентилатори, контролни платки за електрохирургически инструменти.

Причина за прилагане: Медицинското оборудване има изключително високи изисквания към стабилността и безопасността на захранването. Плочите с дебели медни слоеве позволяват ниско падане на напрежението, висока топлоотводност и отговарят на строгите изолационни и издръжливи към напрежение норми на медицинската индустрия.

Области на аерокосмическата и военната индустрия

Основни компоненти: Въздушна система за захранване, радарен модул за стартиране, контролна платка на ракетата, блок за захранване от спътник.

Причини за прилагане: За да се адаптира към екстремни температури, силни вибрации и радиационна среда, високата механична якост и стабилните електрически характеристики на платките с дебел мед могат да гарантират нормалната работа на оборудването при тежки условия.

Високомощни битови и търговски уреди

Основни компоненти: Инвертор за съхранение на енергия, фотоволтаичен инвертор, контролна платка на високомощен битов уред (например индукционна печка, електрическа фурна), модул за захранване на център за данни.

Причини за прилагане: Високомощните уреди генерират много топлина и имат висок ток. Платките с дебел мед могат бързо да отвеждат топлината, предотвратявайки претоварване и изгаряне на веригата и удължавайки живота на оборудването.

Област на релсовия транспорт

Основни компоненти: Тракционен преобразувател на влака, система за захранване на релсите, модул за сигнална контрола.

Причината за прилагане: оборудването за релсов транспорт трябва да издържа на дълготрайни вибрации, високи и ниски температури и чести включвания/изключвания с големи токове. Токопроводящата способност и механичната надеждност на печатни платки с дебели медни слоеве могат да отговарят на това изискване.