Tung kobber PCB

Printkort med tungt kobber, også kendt som printkort med tykt kobber, er en speciel type printkort med en kobberfolietykkelse på ≥2 oz (70 μm), langt mere end de 1 oz/35 μm hos almindelige printkort. Almindelige specifikationer varierer fra 2 oz til over 10 oz. Dets kerne funktioner er stærkere strømbæreevne, varmeafledning og mekanisk styrke. Der kræves specielle procesmetoder som elektroplatering og ætsning under produktionen for at sikre ensartethed og vedhæftning af det tykke kobber lag. I forhold til almindelige PCB'er har heavy copper PCB'er en stærkere strømbæreevne (i stand til at lede tiere til hundreder af ampere), fremragende varmeafledning og højere produktionsvanskelighed. De anvendes primært i scenarier såsom strømudstyr, industrielle styreenheder med frekvensomformere, elektroniske styresystemer til ny energi køretøjer og strømmoduler til medicinsk udstyr, hvor der kræves stor strømoverførsel, høj effektudgang eller stærk varmeafledning. Almindelige PCB'er er hovedsageligt velegnede til forbruger elektronik og laveffekt enheder.

De kernefremtrædende fordele ved tyk kobber PCB ligger især i deres egnethed til højstrøms- og højeffektscenarier, hvilket specifikt afspejles i følgende aspekter:

· Meget høj strømbæreevne:

Den tykke kobberlag (≥2 oz) kan lede tiere til hundreder af ampere med stor strøm, hvilket er langt bedre end almindelige PCB'er. Det kan opfylde kravene til strømtransmission for højtydende produkter såsom strømudstyr og nye energibils elektroniske styresystemer og undgå opvarmning og brænding af ledninger forårsaget af overbelastning med strøm.

· Fremragende varmeafledningsevne:

Kobber har fremragende varmeledningsevne. Et tykkere kobberlag er en fremragende varmeleder, og dets varmeafledningseffektivitet er langt højere end den af standard PCB'er. Det tykkere kobberlag kan hurtigt lede varmen der genereres under kredsløbets drift, effektivt reducere pladens overfladetemperatur, minimere skader på komponenter og kredsløb forårsaget af termisk ældning og forbedre produktets stabilitet og levetid.

· Højere mekanisk styrke:

Et andet vigtigt forde ved høj-kobber PCB'er ligger i deres højere mekaniske styrke. Den tykke kobberlag forbedrer PCB'ens fysiske holdbarhed, hvilket gør den mere modstandsdygtig over for bøjning og stød, og dermed bedre i stand til at modstå fysiske påvirkninger såsom bøjning, vibration og mekanisk chok. Den kan tilpasse sig barske arbejdsforhold med hyppige vibrationer, såsom industrielle styreequipment og køretøjsmonterede omgivelser, og derved reducere risikoen for ledningsbrud.

· Stabil elektrisk ledningsevne og pålidelighed

Det tykke kobberlag reducerer modstandstabene under strømoverførsel, formindsker spændingsfaldet og sikrer stabilitet i kredsløbets signal- og strømoverførsel. Det er særlig velegnet til medicinsk udstyr og præcise industrielle styresystemer med høje krav til strømforsyningsnøjagtighed.

· Understøttelse af integreret design:

Det kan opnå en integreret layout af kredsløb med høj strøm og præcise signalkredsløb, hvilket reducerer behovet for eksterne kølelegemer, shuntmodstande og andre komponenter, forenkler produktets konstruktion og forbedrer pludsydnyttelsen.

· Forlæng levetid

Højere strømbæreevne, bedre varmeafledningsstyring og stærkere mekanisk holdbarhed udvider fælles indsats for at forlænge levetiden for tykkere kobber-PCB. Disse PCB'er er ikke så udsatte for termisk eller mekanisk skade, hvilket sikrer deres normale funktion over længere tid. Denne pålidelighed er afgørende i anvendelsesområder, hvor vedligeholdelse eller udskiftning er vanskelig og dyr, såsom inden for luftfart eller industrielle miljøer.

På grund af den store kobberlagstykkelse og de særlige anvendelsesscenarier for tykke kobber PCB'er, skal designet tage hensyn til elektrisk ydeevne, procesmæssig gennemførlighed og pålidelighed. De centrale overvejelser er følgende:

· Valg af kobberstykkelse:

Kobberstykkelsespecifikationen skal fastsættes ud fra den faktiske strømbelastningsevne og kølekravene for udstyret for at undgå overdreven dimensionering og øgede omkostninger. Match kobberstykkelsen i kombination med ledningsbredden og henvis til IPC-2221 standarden for strømbelastning for at sikre, at kravene til spidsstrømsoverførsel er opfyldt.

· Rutedesign:

Strømkredsløb med høj strøm skal verbredes og tykkes for at forhindre overophedning forårsaget af for høj strømtæthed. Lav gradvise overgange ved tilslutningerne mellem komponenter med fint pitch og kredsløb med tyk kobber, for at reducere pludselige impedansændringer. Undgå kredsløb med skarpe vinkler gennem hele processen for at forhindre uregelmæssig ætsning eller koncentrerede elektriske felter, som kan forårsage sammenbrud.

· Kølingsdesign:

For nøgleområder med varmeproduktion, planlæg køling med tykt kobber og kobberbelagte zoner, eller reserver varmeledende puder til forbindelse med eksterne køledele. Varme spredes gennem flere lag med tykt kobber for at undgå lokal opblussing af varme. Gennemgange med høj strøm anvender metalliserede tykkere eller flerhullige parallelle designs for at forbedre varmeafledning.

· Gennemgangs- og tilslutningsdesign:

Tykke kobberforbindelser øger huldiameteren og tykkelsen af kobberlaget på væggen i hullet. Når det er nødvendigt, bør blinde, begravne huller eller harpikspuds anvendes for at forhindre revner i hulvæggen. Loddepunkterne for stikkomponenter bør forstørres passende for at sikre lodningens vedhæftning til det tykke kobberlag. Området til højstrømsforbindelse udfyldes med kobber i stedet for tynde ledninger for at øge strømbæringsevnen.

· Impedanskontrol:

Ved hjælp af simuleringssoftware som Altium og Cadence optimeres ledningsbredde, afstand og dielektrisk tykkelse for at modvirke indflydelsen af de tykke kobberlag på ledningens karakteristiske impedans. Højfrekvente signalledninger og tykke kobber strømledninger anbringes separat for at undgå elektromagnetisk støj.

· Proceskompatibilitet:

I betragtning af, at ætning af tyk kobber er tilbøjelig til sideætning, efterlades en ætningskompensation for at sikre kredsløbets nøjagtighed. For at undgå store sammenhængende områder med tykt kobber kan ekstra riller eller udhulede design tilføjes for at forhindre bøjning af PCB. Forbindelsen mellem lodpladen og kobberlaget anvender en varmopløsning for at forhindre, at der opstår dårlige lodninger pga. varmekoncentration under lodning.

· Mekanisk holdbarhed:

Efterlad udvidelseskløft for tykkobber-PCB i kombination med udstyrets monteringsstruktur for at undgå deformation pga. temperaturændringer. Tykkere kobberlag eller ekstra forstærkningsribber tilføjes ved kanterne eller bærende områder for at øge modstanden mod bøjning og vibration, så det egner sig til krævende arbejdsmiljøer såsom køretøjer og industrielle styresystemer.

· Isolation og spændingsholdbarhed:

Juster afstanden mellem tykke kobberledninger i henhold til udstyrets spændingsbestandighedskrav. I højspændingsscenarier øges afstanden yderligere i overensstemmelse med isoleringsstandarden IPC-2221. Flertyvekobber printkort består af dielektriske materialer med høj spændingsbestandighed for at forhindre sammenbrud mellem lag.

· Omkostningsoptimering:

Kun tykt kobber anvendes i nøgleområder med høj strøm og varmeafledning, mens standard kobbertykkelse bevares i ikke-kritiske områder for at opnå en balance mellem ydelse og omkostninger. Giv forrang til modne procesløsninger for at forenkle komplekse konstruktioner og reducere produktionsudbyttetab

· Ledningsbredde og -afstand

Bredden og afstanden mellem kobberledningerne er afgørende faktorer. Optimering skal udføres ud fra kravene til strømbelastning og den samlede layoutplan for printkortet.

· Brug varmeledende gennemgange og varmeledende padder

Tilføjelse af termisk ledende gennemgående huller og termisk ledende pads i designet kan forbedre varmeafledningseffekten. Disse designløsninger hjælper med at aflede varme fra varmepunkter på printpladen og forbedrer dermed den samlede varmeafledning - Forvaltning.

På grund af den tykke kobberlag og særlige anvendelsesscenarier skal inspektion og test af printplader med højt kobberindhold (tjække kobber-PCB'er) dække tre hoveddimensioner: proceskvalitet, elektrisk ydeevne og pålidelighed. Kerneindholdet er følgende:

Inspektion af udseende og procesfejl

· Kvalitet af kobberlag: Kontroller, om det tykke kobberlag har løsning, revner, oxidation, og om der er spidser ved linjens kanter pga. ujævn ætsning (det skal overholde IPC-A-600 standarden);

· Pads og gennemgående huller: Verificer fladhed og vedhæftning af pads, om kobberlagets tykkelse i væggene på hullerne opfylder standarderne, og om der er luftblærer eller forkert justerede huller.

· Deformation af brættets overflade: Mål bøjet af PCB'en (tykke kobber-PCB'er har tendens til bøjet på grund af spændinger i kobberlaget, hvilket bør holdes under 0,75 %) og kontroller for delaminering eller blærer.

· Dimensionsnøjagtighed: Kontroller nøgledimensioner såsom linjebredde, afstand og huldiameter for at sikre, at de stemmer overens med konstruktions tegninger (fejlen efter ætsningskompensation for tykke kobberlinjer bør være ≤±0,05 mm).

Test af elektrisk ydeevne

· Lednings- og isolationstest (Hi-Pot-test): Isolationen mellem linjer detekteres ved hjælp af en højspændings-isolationstester for at forhindre gennembrud forårsaget af utilstrækkelig afstand mellem tykke kobberlag. Verificer ledningsevne og fejlfind åbne kredsløb og kortslutninger;

· Strømbæreevnetest: Anvend den nominelle strøm under simulerede arbejdsforhold, overvåg temperaturstigningen i kredsløbet (for PCB'er med tykt kobber bør temperaturstigningen ved den nominelle strøm være ≤20 °C), og bekræft, at der ikke er risiko for overophedning eller smeltning.

· Impedanstest: Brug en impedansanalyser til at detektere karakteristisk impedans for højfrekvenssignallinjen for at sikre, at indflydelsen fra den tykke kobberlag opfylder designkravene (fejl ≤±10%);

· Spændingsfalstest: Mål linjens spændingsfald under transmission af høj strøm for at verificere den lave modstandsfordel ved det tykke kobberlag og undgå spændingstab, der påvirker udstyrets ydeevne.

Automatisk optisk inspektion (AOI)

Automatisk optisk inspektion (AOI) anvender avanceret billedteknologi til at registrere defekter, som måske ikke er synlige for det blotte øje.

· Højopløselige billeder: AOI-systemet optager højopløselige billeder af PCB'et og sammenligner dem med konstruktionspecifikationerne.

· Defektidentifikation: Dette system kan automatisk identificere problemer såsom kortslutninger, åbne kredsløb, tyndere spor og forkert alignment.

· Præcision: AOI tilbyder høj præcision og sikrer, at selv de mindste defekter kan opdages og afhjælpes.

Pålidelighedstest

· Termisk cyklus-test: Cyklustest inden for temperaturområdet -40 ℃ til 125℃ (≥1000 gange) for at tjekke forbindelsens stabilitet mellem den tykke kobberlag og substratet samt pads, uden afbladning eller revner.

· Termisk chok-test: Hurtig skift mellem høje og lave temperaturmiljøer (temperaturforskel ≥80℃) for at verificere PCB's modstandsevne over for pludselige temperaturskift, egnet til krævende scenarier såsom automobil- og industrielt styring.

· Test af vibration og mekanisk styrke: Simulering af vibration (frekvens 5~500 Hz) og stød under transport og brug for at tjekke, om den tykke kobberkreds er brudt, og om gennemgående huller er faldet af.

· Korrosionsbestandighedstest: Verificer oxidation- og korrosionsbestandigheden af den tykke kobberlag gennem saltkogstest (neutral saltkog, 48 til 96 timer) eller fugtvarmetest (85℃/85 % RH, 1000 timer).

· Lodningssikkerhedstest: Efter gennemført SMT/gennemhåndsboring kontrolleres forbindelsens styrke mellem lodningsforbindelserne og de tykke kobberpads, og der siktes, at der ikke forekommer falsk lodning eller aflodning (mikrostrukturen af lodningsforbindelserne kan analyseres gennem metallografiske snit).

Særlig ydelsesverificering

· Køleydelsestest: Temperaturfordelingen på printet under fuld belastning registreres med en varmebilledeapparat for at verificere kølevirkningen af det tykke kobberlag.

· Flammehæmmende test: For højtydelsesapplikationer testes printets flammehæmmende klasse i overensstemmelse med UL94-standarder (mindst V-0-niveau);

· Hæftetest: En hundrede-nettest eller træktest anvendes til at verificere hæftningen mellem den tykke kobberlag og substratet (≥1,5 N/mm).

Printede kredsløbsplader med tykt kobber, med deres store strømbæreevne, fremragende varmeafledning og høje mekaniske styrke, anvendes primært inden for områder, der kræver stor strømoverførsel, høj effektudgang eller hårde arbejdsforhold. De centrale scenarier er følgende:

Inden for feltet ny energi køretøjer

Kernekomponenter: Ombordlademaskine, batteristyringssystem, motorstyring, DC/DC-omformer, opladningspælmodul.

Anvendelsesårsag: Den skal kunne bære store strømme (ti til hundredvis af ampere), tåle skiftende høje og lave temperaturer samt vibrationer. Tykke kobber PCB'er kan sikre stabil strømoverførsel og effektiv varmeafledning, og er egnede til de hårde miljøforhold i køretøjer.

Industrielle styresystemer og strømudstyr

Kernekomponenter: frekvensomformer, servodriver, UPS-strømforsyning, industrielt strømmodul, styreplade til højspændingsfordelingsskab, hovedstyreplade til svejsemaskine.

Anvendelsesårsag: Industriel styreelektronik kræver ofte høj effektoutput. Tykke kobber-PCB'er kan reducere modstandsforluster i ledninger, forhindre overophedning og samtidig modstå mekanisk vibration og elektromagnetisk støj, hvilket øger pålideligheden af udstyret.

Medicinsk udstyr

Kernekomponenter: Medicinske strømforsyninger, ventilatorstrømmoduler, styreplader til elekrokirurgiske instrumenter.

Anvendelsesårsag: Medicinsk udstyr stiller ekstremt høje krav til strømforsyningsstabilitet og -sikkerhed. Tykke kobber-PCB'er muliggør lav spændingsfald, høj varmeafledning og opfylder de strenge isolation- og spændingsholdbarheds standarder i den medicinske branche.

Luftfarts- og militærindustri

Kernekomponenter: Luftbåren strømforsyningssystem, radaraffyringsmodul, missilkontrolkort, satellitstrømforsyningsenhed.

Anvendelsesgrund: For at tilpasse sig ekstreme temperaturer, kraftige vibrationer og strålingsmiljøer kan den høje mekaniske styrke og stabile elektriske ydelse af tykke kobber-PCB'er sikre en normal drift af udstyret under barske forhold.

Højtydende forbruger- og kommerciel udstyr

Kernekomponenter: Energilagringsinverter, solcelleinverter, kontrolkort til højtydende husholdningsapparater (f.eks. induktionskomfurer, elovne), strømmodul til datacenter.

Anvendelsesgrund: Højtydende udstyr genererer meget varme og har høj strøm. Tykke kobber-PCB'er kan hurtigt aflede varme, forhindre kredsløbsoverbelastning og brænding og forlænge udstyrets levetid.

Jernbanetransportsektoren

Kernekomponenter: Togdriftsomformer, sporskiftestrømforsyningssystem, signalkontrolmodul.

Anvendelsesårsag: Udstyr til jernbanetransit skal kunne modstå langvarig vibration, høje og lave temperaturer samt hyppige start-stop med store strømstød. Strømbæreevnen og den mekaniske pålidelighed af tykke kobber-PCB'er kan opfylde dette krav.