Leiterplatten mit schwerer Kupferfolie

Was ist eine Heavy-Copper-PCB?

Eine Heavy-Copper-PCB, auch bekannt als dicke Kupfer-PCB, ist eine spezielle Art von Leiterplatte mit einer Kupferfolienstärke von ≥2 Unzen. Übliche Spezifikationen reichen von 2 Unzen bis über 10 Unzen. Ihr Kern merkmale sind eine höhere Stromtragfähigkeit, bessere Wärmeableitung und mechanische Festigkeit. Für die Herstellung sind spezielle Galvanik- und Ätzverfahren erforderlich, um die Gleichmäßigkeit und Haftung des dicken Kupfers sicherzustellen. layer. Im Vergleich zu herkömmlichen Leiterplatten weisen Heavy-Copper-PCBs eine höhere Stromtragfähigkeit, hervorragende Wärmeableitung und einen höheren Fertigungsaufwand auf. Sie werden hauptsächlich in Anwendungen wie Stromversorgungsanlagen, industriellen Steuerfrequenzumrichtern, elektronischen Steuersystemen für Fahrzeuge der neuen Energietechnologie sowie in Energiemodulen medizinischer Geräte eingesetzt, bei denen die Übertragung hoher Ströme, hohe Leistungsabgabe oder starke Wärmeableitung erforderlich ist. Gewöhnliche Leiterplatten eignen sich meistens für Unterhaltungselektronik und niederleistungsfähige Geräte.

Die Kernvorteile von Leiterplatten mit dicker Kupferschicht liegen in ihrer Eignung für Anwendungen mit hohem Strom- und Leistungsbedarf und zeigen sich speziell in folgenden Aspekten:

· Hervorragende Stromtragfähigkeit:

Die dicke Kupferschicht (≥2 oz) kann zehn bis hundert Ampere starke Ströme führen, was weit über herkömmlichen Leiterplatten liegt. Sie erfüllt die Anforderungen an die Stromübertragung von Hochleistungsprodukten wie Stromversorgungsgeräten und neuen antriebssystemen für Elektrofahrzeuge und vermeidet Überhitzung und Beschädigung der Leitungen durch Stromüberlast.

· Hervorragende Wärmeableitung:

Kupfer weist eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit auf. Eine dickere Kupferschicht ist ein ausgezeichneter Wärmeleiter, dessen Wärmeableitungseffizienz deutlich höher ist als die von Standard-Leiterplatten. Die verdickte Kupferschicht kann die während des Schaltungsbetriebs entstehende Wärme schnell ableiten, wodurch die Oberflächentemperatur der Platine effektiv gesenkt wird, Schäden an Bauteilen und Schaltungen durch thermisches Altern minimiert werden und die Stabilität sowie Lebensdauer des Produkts verbessert wird.

· Höhere mechanische Festigkeit:

Ein weiterer wesentlicher Vorteil von hochkupferhaltigen Leiterplatten liegt in ihrer höheren mechanischen Festigkeit. Die dicke Kupferschicht erhöht die physikalische Robustheit der Leiterplatte, wodurch sie widerstandsfähiger gegen Biegung und Stöße ist und somit besser mechanischen Belastungen wie Biegebeanspruchung, Vibrationen und mechanischem Schock standhalten kann. sie kann sich an raue Arbeitsbedingungen mit häufigen Vibrationen, wie sie beispielsweise in industriellen Steuergeräten und fahrzeugseitigen Umgebungen vorliegen, anpassen und reduziert dabei das risiko eines Leitungsbruchs.

· Zuverlässige stabile elektrische Leitfähigkeit

Die dicke Kupferschicht verringert die Widerstandsverluste während der Stromübertragung, senkt den Spannungsabfall und gewährleistet die Stabilität der Signal- und Leistungsübertragung im Schaltkreis. Sie eignet sich besonders für medizinische Geräte und präzise industriesteuersysteme mit hohen Anforderungen an die Versorgungsgenauigkeit.

· Unterstützung integrierter Konstruktion:

Es ermöglicht ein integriertes Layout von Hochstromkreisen und präzisen Signalkreisen, wodurch der Bedarf an externen Kühlkörpern, Shunts und anderen Komponenten reduziert wird. Dadurch wird die Produktstruktur vereinfacht und die Raumnutzung verbessert.

· Lebensdauer verlängern

Eine höhere Stromtragfähigkeit, besseres Wärmeableitungsmanagement und eine größere mechanische Festigkeit verlängern gemeinsam die Lebensdauer von Dickschichtkupfer-PCBs. Diese Leiterplatten sind weniger anfällig für thermische oder mechanische Beschädigungen und gewährleisten so einen längeren Zeitraum zuverlässigen Betrieb. Diese Zuverlässigkeit ist in Anwendungsbereichen von entscheidender Bedeutung, in denen Wartung oder Austausch schwierig und kostspielig sind, beispielsweise im Luft- und Raumfahrt- oder Industriebereich. normale Funktion über einen längeren Zeitraum. Diese Zuverlässigkeit ist in Anwendungsbereichen von entscheidender Bedeutung, in denen Wartung oder Austausch schwierig und kostspielig sind, beispielsweise im Luft- und Raumfahrt- oder Industriebereich.

Aufgrund der dicken Kupferschicht und spezieller Anwendungsszenarien müssen die Inspektion und Prüfung von Schwerkupfer-Leiterplatten (dicke Kupfer-PCBs) drei Hauptbereiche abdecken: Prozessqualität, elektrische Leistung und zuverlässigkeit. Die Kerninhalte sind wie folgt:

Prüfung des Erscheinungsbilds und von prozessbedingten Fehlerstellen

· Qualität der Kupplerschicht: Überprüfen, ob die dicke Kupplerschicht Ablösungen, Risse oder Oxidationen aufweist, sowie ob an den Leiterbahnrändern Gratbildung aufgrund ungleichmäßigen Ätzens vorhanden ist (gemäß IPC-A-600-Standard);

· Lötflächen und Durchkontaktierungen: Überprüfung der Flachheit und Haftfestigkeit der Lötflächen, ob die Kupferschichtdicke an den Wandungen der Durchkontaktierungen den Vorgaben entspricht und ob Hohlräume oder Fehlausrichtungen der Bohrungen vorliegen.

· Verformung der Leiterplattenoberfläche: Messen Sie die Verwölbung der Leiterplatte (Dicke Kupfer-Leiterplatten neigen aufgrund der Spannung in der Kupferschicht zur Verwölbung, die sollte innerhalb von 0,75 % gehalten werden) und prüfen Sie auf Delamination oder Blasen.

· Maßhaltigkeit: Überprüfung der maßgeblichen Abmessungen wie Leiterbahnbreite, Abstände und Bohrungsdurchmesser, um sicherzustellen, dass sie mit den Konstruktionszeichnungen übereinstimmen.

Prüfung der elektrischen Leistung

· Leitfähigkeits- und Isolationsprüfung (Hochspannungsprüfung): Die Isolation zwischen Leiterbahnen wird mittels eines Hochspannungs-Isolationsprüfers überprüft, um Durchschläge aufgrund unzureichendem Abstands zwischen den dicken Kupferschichten zu verhindern. Prüfen Sie die Leitfähigkeit und fehlerbehebung bei Unterbrechungen und Kurzschlussfehlern;

· Stromtragfähigkeitsprüfung: Anlegen des Nennstroms unter simulierten realen Betriebsbedingungen, Überwachung der Temperaturerhöhung der Schaltung und bestätigen, dass keine Gefahr einer Überhitzung oder eines Schmelzens besteht.

· Impedanzprüfung: Verwenden Sie einen Impedanzanalysator, um die charakteristische Impedanz der Hochfrequenzsignalleitung zu erfassen, um sicherzustellen, dass der Einfluss der dicken Kupferschicht auf die Impedanz die Konstruktionsanforderungen erfüllt (Fehler ≤±10%);

· Spannungsabfallprüfung: Messen Sie den Leitungs-Spannungsabfall bei der Übertragung von Hochstrom, um den Vorteil des geringen Widerstands der dicken Kupferschicht zu verifizieren und Spannungsverluste, die die Geräteleistung beeinträchtigen könnten, zu vermeiden.

Automatische optische Inspektion (AOI)

Die automatische optische Inspektion (AOI) nutzt fortschrittliche Bildgebungstechnologie, um Fehler zu erkennen, die mit bloßem Auge möglicherweise nicht sichtbar sind.

· Hochauflösende Bildgebung: Das AOI-System erfasst hochauflösende Bilder der Leiterplatte und vergleicht sie mit den Konstruktionsvorgaben.

· Fehlererkennung: Dieses System kann automatisch Probleme wie Kurzschlüsse, Unterbrechungen, Abschärfung von Leiterbahnen und Fehlausrichtungen identifizieren.

· Präzision: AOI bietet hohe Präzision, wodurch sichergestellt wird, dass auch kleinste Fehler erkannt und behoben werden können.

Verlässlichkeitstest

· Temperaturwechseltest: Zyklenprüfung im Temperaturbereich von -40 °C bis 125 °C (≥1000 Zyklen), um die Haftfestigkeit der Dickschichtkupplerschicht mit Substrat und Pads zu überprüfen, ohne Entladung oder Rissbildung.

· Thermoschocktest: Schneller Wechsel zwischen heißen und kalten Umgebungen (Temperaturdifferenz ≥80 °C), um die Beständigkeit der Leiterplatte gegenüber plötzlichen Temperaturschwankungen zu prüfen, geeignet für raue Anwendungen wie im Automobil- und industriesteuerungsbereich.

· Vibrations- und mechanische Festigkeitsprüfung: Simulation von Vibrationen (Frequenz 5–500 Hz) und Stößen während Transport und Betrieb, um zu überprüfen, ob die Dickschichtkupferschaltung unterbrochen ist oder ob Durchkontaktierungen abgefallen sind.

· Korrosionsbeständigkeitstest: Überprüfung der Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit der dick beschichteten Kupplerschicht mittels Salzsprühnebeltest (neutraler Salzsprühnebel, 48 bis 96 Stunden) oder Feuchte-Wärme-Test (85 °C/85 % RH, 1000 Stunden).

· Lötzuverlässigkeitsprüfung: Nach Abschluss der SMT/Durchsteck-Lötung die Haftfestigkeit zwischen den Lötstellen und den Dickschichtkupferflächen prüfen und sicherstellen, dass keine Kaltlötstellen oder Loslötvorgänge vorliegen .

Besondere Leistungsverifikation

· Kühlleistungstest: Die Temperaturverteilung der Leiterplatte unter Volllastbedingungen wird mit einem Wärmebildkamera erfasst, um die Wärmeableitungseffizienz der dick beschichteten Kupplerschicht zu überprüfen.

· Entflammbarkeitsprüfung: Für Hochleistungsanwendungen wird die Entflammbarkeitsklasse der Leiterplatte gemäß UL94-Norm geprüft (mindestens Stufe V-0 erreichen);

· Haftfestigkeitstest: Es wird ein Hundertergittertest oder ein Zugtest durchgeführt, um die Haftung zwischen der Dickschichtkupferschicht und dem Substrat zu überprüfen (≥1,5 N/mm).

Dickschicht-Kupfer-Leiterplatten zeichnen sich durch hohe Strombelastbarkeit, hervorragende Wärmeableitung und hohe mechanische Festigkeit aus und werden hauptsächlich in Bereichen eingesetzt, in denen die Übertragung großer Ströme, hohe Leistungsabgabe oder extreme betriebsbedingungen erforderlich sind. Die zentralen Anwendungsszenarien sind wie folgt:

Im Bereich der neuen Energiefahrzeuge

Kernkomponenten: On-Board-Ladegerät, Batteriemanagementsystem, Motorregler, DC/DC-Wandler, Ladesäulenmodul.

Anwendungsgrund: Es muss hohe Ströme führen, wechselnden hohen und niedrigen Temperaturen sowie Vibrationen standhalten. Dickschicht-Kupfer-Leiterplatten können eine stabile Stromübertragung und effiziente Wärmeableitung gewährleisten, und eignen sich für die rauen Umgebungsbedingungen im Fahrzeugbereich.

Industrielle Steuerung und Leistungselektronik

Kernkomponenten: Frequenzumrichter, Servoantrieb, USV-Stromversorgung, industrielles Strommodul, Steuerplatine für Hochspannungsverteilungsschrank, Hauptsteuerplatine für Elektroschweißgerät.

Anwendungsgrund: Industrielle Steuergeräte erfordern oft eine hohe Leistungsabgabe. Dicke Kupfer-PCBs können den Leitungswiderstandsverlust reduzieren, Überhitzung verhindern und gleichzeitig mechanischen Vibrationen und elektromagnetischen störungen widerstehen, wodurch die Zuverlässigkeit der Geräte erhöht wird.

Der Bereich medizinischer Geräte

Kernkomponenten: Medizinische Stromversorgungen, Strommodule für Beatmungsgeräte, Steuerplatinen für elektrische chirurgische Instrumente.

Anwendungsgrund: Medizinische Geräte stellen äußerst hohe Anforderungen an die Stabilität und Sicherheit der Stromversorgung. Dicke Kupfer-PCBs ermöglichen eine geringe Spannungsabsenkung, hohe Wärmeableitung und erfüllen die strengen Isolations- und Durchhaltespannungs normen der medizinischen Industrie.

Luft- und Raumfahrt sowie militärische Bereiche

Kernkomponenten: Luftgestütztes Stromversorgungssystem, Radarstartmodul, Raketensteuerplatine, Satellitenstromversorgungseinheit.

Anwendungsgrund: Um sich an extreme Temperaturen, starke Vibrationen und Strahlungsumgebungen anzupassen, können die hohe mechanische Festigkeit und die stabile elektrische Leistung von Dickschicht-Kupfer-Leiterplatten den normalen Betrieb der Ausrüstung unter rauen Bedingungen sicherstellen.

Hochleistungs-Verbrauchs- und kommerzielle Ausrüstung

Kernkomponenten: Energiespeicher-Wechselrichter, Photovoltaik-Wechselrichter, Steuerplatine für Hochleistungs-Haushaltsgeräte (wie Induktionskochfelder, Elektroöfen), Strommodul für Rechenzentren.

Anwendungsgrund: Hochleistungsgeräte erzeugen viel Wärme und weisen einen hohen Stromfluss auf. Dickschicht-Kupfer-Leiterplatten können Wärme schnell ableiten, verhindern Überlastung und Durchbrennen der Schaltung und verlängern so die Lebensdauer der Ausrüstung.

Bereich Schienenverkehr

Kernkomponenten: Zugtraktionsumrichter, Gleisstromversorgungssystem, Signalsteuermodul.

Anwendungsgrund: Ausrüstung für den Schienenverkehr muss langfristigen Vibrationen, hohen und tiefen Temperaturen sowie häufigen Start-Stopp-Belastungen durch hohe Ströme standhalten. Die Stromtragfähigkeit und mechanische Zuverlässigkeit von Leiterplatten mit dicker Kupferschicht kann diese Anforderung erfüllen.