Plošný spoj s tlustou měďí

Co je to těžká měděná deska plošných spojů?

Těžká měděná deska plošných spojů, známá také jako deska s tlustou mědí, je speciální typ desky plošných spojů s tloušťkou měděné fólie ≥2 uncí. Běžné specifikace se pohybují od 2 uncí až přes 10 uncí. Její jádrová vlastnosti jsou vyšší proudová zatížitelnost, odvod tepla a mechanická pevnost. Pro výrobu jsou vyžadovány speciální procesy elektrolytického pokovování a leptání, které zajišťují rovnoměrnost a přilnavost tlusté mědi vrstva. Ve srovnání s běžnými DPS mají těžké měděné DPS větší proudovou zatížitelnost, vynikající odvod tepla a vyšší obtížnost výrobního procesu. Jsou primárně používány ve scénářích, jako jsou napájecí zařízení, průmyslové frekvenční měniče, elektronické řídicí systémy pro vozidla nové energetiky a moduly napájení lékařských přístrojů, které vyžadují přenos velkého proudu, vysoký výkon nebo silné odvádění tepla. Běžné DPS jsou vhodné především pro spotřební elektroniku a zařízení s nízkým výkonem.

Klíčové výhody tlustých měděných DPS spočívají v jejich přizpůsobení pro aplikace s vysokým proudem a vysokým výkonem, což se konkrétně projevuje v následujících aspektech:

· Mimořádně vysoká proudová zatížitelnost:

Silná měděná vrstva (≥2 uncí) dokáže vést desítky až stovky ampér velkého proudu, což je mnohem lepší než u běžných DPS. Může splnit požadavky na přenos proudu výkonných výrobků, jako jsou napájecí zařízení a elektronické řídicí systémy nových vozidel s alternativním pohonem, a zabránit tak ohřevu a poškození vedení způsobenému přetížením proudu.

· Vynikající odvod tepla:

Měď má vynikající tepelnou vodivost. Silnější měděná vrstva je vynikajícím vodičem tepla a její účinnost odvodu tepla je mnohem vyšší než u standardních DPS. Ztlustlá měděná vrstva může rychle odvádět teplo vznikající při provozu obvodu, efektivně snižuje povrchovou teplotu desky, minimalizuje poškození součástek a obvodů způsobené tepelným stárnutím a zvyšuje stabilitu a životnost výrobku.

· Vyšší mechanická pevnost:

Další klíčovou výhodou vysokoměděných desek plošných spojů je jejich vyšší mechanická pevnost. Silná vrstva mědi zvyšuje fyzickou odolnost desky, činí ji odolnější vůči ohybu a nárazům a tím pádem lépe odolává mechanickému namáhání, jako je ohyb, vibrace a rázy. dokáže se přizpůsobit náročným pracovním podmínkám s častými vibracemi, jako jsou průmyslové řídicí zařízení nebo prostředí vozidel, a snižuje tak riziko přerušení vedení.

· Spolehlivost stabilní elektrické vodivosti

Silná měděná vrstva snižuje ztráty odporu při přenosu proudu, snižuje úbytek napětí a zajišťuje stabilitu přenosu signálu a energie v obvodu. Je zvláště vhodná pro lékařské přístroje a přesné průmyslové řídicí systémy s vysokými požadavky na přesnost napájení.

· Podpora integrovaného návrhu:

Umožňuje integrované uspořádání obvodů pro vysoké proudy a přesné signálové obvody, čímž se snižuje potřeba externích chladičů, bočníků a dalších součástek, zjednodušuje se konstrukce výrobku a zvyšuje využití prostoru.

· Prodloužená životnost

Vyšší proudová zatížitelnost, lepší řízení odvodu tepla a vyšší mechanická pevnost společně prodlužují životnost tlustých měděných desek plošných spojů. Tyto desky nejsou náchylné k tepelnému nebo mechanickému poškození, což zajišťuje jejich normální provoz po delší dobu. Tato spolehlivost je zásadní v aplikačních oblastech, kde je údržba nebo výměna obtížná a nákladná, například v leteckém a kosmickém průmyslu nebo v průmyslovém prostředí.

Z důvodu silné měděné vrstvy a speciálních aplikačních scénářů musí kontrola a testování tlustých měděných tištěných spojů (tlustoměděné DPS) pokrývat tři hlavní oblasti: kvalita výrobního procesu, elektrický výkon a spolehlivost. Hlavní obsahy jsou následující:

Kontrola vzhledu a výrobních vad

· Kvalita měděné vrstvy: Zkontrolujte, zda silná měděná vrstva nemá odloupnutí, praskliny, oxidaci a zda nejsou na okraji vodičů zažehlení způsobená nerovnoměrným leptáním (musí splňovat normu IPC-A-600);

· Plošky a vrtané kontakty: Ověřte rovinnost a přilnavost plošek, zda tloušťka měděné vrstvy na stěnách vrtaných kontaktů odpovídá normám a zda neobsahují dutiny nebo nepřesné vrtání.

· Deformace povrchu desky: Změřte vlnitost desky plošných spojů (tlusté měděné DPS jsou náchylné ke vzniku vlnitosti v důsledku napětí v měděné vrstvě, která by měla být omezena na 0,75 %) a zkontrolujte, zda nedošlo k odvrstvení nebo vzniku bublin.

· Přesnost rozměrů: Zkontrolujte klíčové rozměry, jako je šířka drážky, vzdálenost a průměr otvoru, a ujistěte se, že odpovídají návrhovým výkresům.

Test elektrických vlastností

· Test vodivosti a izolace (Hi-Pot test): Izolace mezi drahami se ověřuje pomocí vysokonapěťového izolačního testeru, aby se předešlo průrazu způsobenému nedostatečnou vzdáleností mezi tlustými měděnými vrstvami. Ověřte vodivost a odstraňte poruchy přerušeného a krátkého spoje;

· Test nosnosti proudu: Přiložte jmenovitý proud za simulovaných provozních podmínek, sledujte oteplení obvodu a potvrďte, že nehrozí riziko přehřátí nebo tavení.

· Test impedance: Použijte analyzátor impedance k detekci charakteristické impedance vysokofrekvenční signální linky, aby bylo zajištěno, že vliv silné měděné vrstvy na impedanci splňuje návrhové požadavky (chyba ≤±10%);

· Test úbytku napětí: Změřte úbytek napětí na vodiči při přenosu vysokého proudu za účelem ověření výhody nízkého odporu silné měděné vrstvy a vyhněte se ztrátám napětí, které mohou ovlivnit výkon zařízení.

Automatická optická inspekce (AOI)

Automatická optická inspekce (AOI) využívá pokročilou zobrazovací technologii k detekci vad, které nemusí být pouhým okem viditelné.

· Vysoké rozlišení snímků: Systém AOI zachycuje snímky s vysokým rozlišením desky plošných spojů a porovnává je s návrhovými specifikacemi.

· Detekce vad: Tento systém může automaticky identifikovat problémy, jako jsou zkraty, přerušené obvody, zeslabování stop, a nesouosost.

· Přesnost: AOI nabízí vysokou přesnost, díky níž lze detekovat a odstranit i ty nejmenší vady.

Test spolehlivosti

· Zkouška tepelného cyklování: Cyklický test v rozsahu teplot od -40 ℃ do 125 ℃ (≥1000 cyklů) za účelem ověření stability spojení tlusté měděné vrstvy s podložkou a ploškami, bez odloupání nebo praskání.

· Zkouška tepelného rázu: Rychlé přepínání mezi vysokými a nízkými teplotami (rozdíl teplot ≥80 ℃) za účelem ověření odolnosti desky plošných spojů vůči náhlým změnám teploty, vhodné pro náročné podmínky, jako jsou automobilový průmysl a průmyslová regulace.

· Zkouška vibrací a mechanické pevnosti: Simulace vibrací (frekvence 5–500 Hz) a nárazů během přepravy a používání za účelem zjištění, zda nedošlo k přerušení tlusté měděné cesty nebo k vypadnutí přechodových děr.

· Test odolnosti proti korozi: Ověření odolnosti tlusté měděné vrstvy vůči oxidaci a korozi pomocí zkoušky postřikem solnou mlhou (neutral salt spray, 48 až 96 hodin) nebo zkoušky vlhkého tepla (85 ℃/85 % RH, 1000 hodin).

· Test spolehlivosti pájení: Po dokončení povrchové montáže (SMT) nebo pájení skrz díry zkontrolujte pevnost spoje mezi pájenými místy a tlustými měděnými ploškami a ujistěte se, že nedošlo k chybnému nebo odtrženému pájení .

Ověření zvláštních vlastností

· Test výkonu odvádění tepla: Rozložení teploty desky plošných spojů (PCB) při plném zatížení je měřeno termokamerou za účelem ověření účinnosti odvádění tepla tlustou měděnou vrstvou.

· Test odolnosti proti hoření: Pro aplikace s vysokým výkonem se třída odolnosti proti hoření desky plošných spojů (PCB) zkouší podle norem UL94 (minimálně úroveň V-0);

· Zkouška přilnavosti: Pro ověření přilnavosti mezi vrstvou tlusté mědi a substrátem (≥1,5 N/mm) se používá zkouška mřížky nebo tahová zkouška.

Tištěné desky s plošnými spoji s tlustou mědí, které mají vysokou vodivost, vynikající odvod tepla a vysokou mechanickou pevnost, se hlavně používají v oblastech, kde je vyžadováno přenášení velkých proudů, vysoký výkon nebo náročné provozní podmínky. Základní scénáře jsou následující:

V oblasti vozidel na nové energetické zdroje

Klíčové komponenty: Nabíječka vozidla, systém řízení baterie, řídicí jednotka motoru, měnič DC/DC, modul nabíjecí stanice.

Důvod použití: Musí vést velké proudy, odolávat střídavým vysokým i nízkým teplotám a vibracím. Desky s tlustou mědí zajišťují stabilní přenos energie a efektivní odvod tepla. a jsou vhodné pro náročné prostředí vozidel.

Průmyslová automatizace a výkonová zařízení

Základní komponenty: frekvenční měnič, servozesilovač, záložní zdroj UPS, průmyslový výkonový modul, řídicí deska rozváděče vysokého napětí, hlavní řídicí deska svařovacího přístroje.

Důvod použití: Průmyslová řídicí zařízení často vyžadují vysoký výkon. Tlusté měděné desky plošných spojů mohou snížit ztráty odporu vedení, zabránit přehřívání a zároveň odolávat mechanickému otřesu a elektromagnetickému rušení, čímž se zvyšuje spolehlivost zařízení.

Oblast lékařské techniky

Základní komponenty: Lékařské zdroje, výkonové moduly pro ventilátory, řídicí desky elektrokauterizačních přístrojů.

Důvod použití: Lékařská zařízení mají extrémně vysoké požadavky na stabilitu a bezpečnost napájení. Tlusté měděné desky plošných spojů umožňují nízký úbytek napětí, vysoké odvádění tepla a splňují přísné izolační a vysokonapěťové normy lékařského průmyslu.

Oblast leteckého, kosmického a vojenského průmyslu

Klíčové komponenty: Napájecí systém na palubě, modul spouštění radaru, řídicí deska střely, jednotka napájení satelitu.

Důvod použití: Aby bylo možné přizpůsobit extrémním teplotám, silnému otřesům a radiacím prostředím, vysoká mechanická pevnost a stabilní elektrický výkon tlustých měděných desek plošných spojů zajišťují normální provoz zařízení za nepříznivých podmínek.

Výkonné spotřební a komerční zařízení

Klíčové komponenty: Módul úložiště energie, fotovoltaický měnič, řídicí deska pro výkonné domácí spotřebiče (např. indukční vařiče, elektrické trouby), napájecí modul datového centra.

Důvod použití: Výkonné zařízení vyvíjí velké množství tepla a má vysoký proud. Tlusté měděné desky plošných spojů rychle odvádějí teplo, zabraňují přetížení a přepálení obvodu a prodlužují životnost zařízení.

Oblast železniční dopravy

Klíčové komponenty: Tlumič trakčního měniče vlaku, kolejový napájecí systém, modul řízení signálu.

Důvod použití: Zařízení pro kolejovou dopravu musí odolávat dlouhodobému vibracím, vysokým a nízkým teplotám a častým nárazům velkého proudu při startu a zastavení. Nosná schopnost proudu a mechanická spolehlivost tlustých měděných desek plošných spojů může tuto požadavek splnit.