Paksun kuparin PCB

Raskas kuparipiirilevy, jota kutsutaan myös paksukuparipiirilevyksi, on erityistyyppinen piirilevy, jonka kuparifoliopaksuus on ≥2 unssia (70 μm), mikä ylittää huomattavasti perinteisten piirilevyjen 1 unssin / 35 μm. Yleiset mittavaihtoehdot vaihtelevat 2 unssista yli 10 unssiin. Sen keskeiset ominaisuudet ovat suurempi virtakapasiteetti, lämmönhajotus ja mekaaninen lujuus. Valmistukseen vaaditaan erityisiä sähkökäsittely- ja syövytysprosesseja, jotka takaavat paksun kuparin yhtenäisyyden ja sitkeyden. kerros. Verrattuna tavallisiin piireihin, suuren kuparikerroksen piirit kestävät paremmin virtaa (kykenevät kantamaan kymmenistä satoihin ampeeriin virtaa), niillä on erinomainen lämmönhajotus ja ne ovat teknisesti vaikeampia valmistaa. Niitä käytetään pääasiassa tilanteissa, kuten teholaitteissa, teollisissa taajuusmuuttajissa, uusien energioiden ajoneuvojen elektronisissa ohjausjärjestelmissä ja lääkintälaitteiden tehomoduuleissa, joissa tarvitaan suurta virran siirtoa, korkeaa tehotulostusta tai voimakasta lämmönhajotusta. Tavalliset piirit soveltuvat enimmäkseen kuluttajaelektroniikkaan ja pieniteholaitteisiin.

Paksun kuparikerroksen piirien keskeiset edut liittyvät niiden soveltuvuuteen suurvirta- ja suurtehokäyttöön, mikä näkyy seuraavilla osa-alueilla:

· Erittäin vahva virtakestoisuus:

Paksu kuparikerros (≥2 oz) voi kuljettaa kymmeniä tai satoja ampeeria suurta virtaa, mikä on huomattavasti parempi kuin tavallisilla piirilevyillä. Se voi täyttää suuritehoisten tuotteiden, kuten voimatehokkaiden laitteiden ja uusien energiakulkuneuvojen elektronisten ohjausjärjestelmien, virrankuljetusvaatimukset ja välttäää johdon lämpenemistä ja palamista aiheutuvaa ylivirtaa.

· Erinomainen lämmönhajotussuorituskyky:

Kupari on erinomainen lämmönjohtaja. Paksu kuparikerros toimii erinomaisena lämmönjohtimena, ja sen lämmönhajotustehokkuus on paljon korkeampi kuin standardipiirilevyillä. Paksuuntunut kuparikerros voi nopeasti johtaa piirin toiminnan aikana syntynyt lämpö pois, tehokkaasti alentaa levyn pintalämpötilaa, minimoimalla komponenttien ja piirien lämpöikääntymisen aiheuttamaa vahinkoa sekä parantaen tuotteen stabiiliutta ja käyttöikää.

· Korkeampi mekaaninen lujuus:

Toinen tärkeä etu korkean kuparipitoisissa PCB-piireissä on niiden suurempi mekaaninen lujuus. Paksu kupakerros parantaa piirilevyn fyysistä kestävyyttä, mikä tekee siitä taipumattomamman ja iskunkestävämmän, ja siten paremmin kestävän fyysisiä rasituksia, kuten taipumista, värähtelyä ja mekaanista shokkia. Se soveltuu koville käyttöolosuhteille, joissa esiintyy runsaasti värähtelyä, kuten teollisuuden ohjauslaitteissa ja ajoneuvoympäristöissä, vähentäen johdon katkeamisen riskiä.

· Luotettava sähkönjohtavuus

Paksu kupakerros vähentää resistanssihäviöitä virran siirrossa, alentaa jännitehäviötä ja takaa signaali- ja tehosyötön vakautta. Se soveltuu erityisesti lääkintälaitteisiin ja tarkkuuteen perustuviin teollisuuden ohjausjärjestelmiin, joissa sähkönsyötön tarkkuudelle on tiukat vaatimukset.

· Integroidun suunnittelun tuki:

Se mahdollistaa suurvirrankaapeleiden ja tarkan signaalipiirien integroidun asettelun, mikä vähentää ulkoisten lämmönpoistojen, shunttien ja muiden komponenttien tarvetta, yksinkertaistaa tuoterakennetta ja parantaa tilankäyttöä.

· Pidentää elinikää

Korkeampi virtakapasiteetti, parempi lämmönhallinta ja suurempi mekaaninen lujuus pidentävät paksun kuparipiirilevyn käyttöikää. Nämä piirilevyt eivät ole alttiita lämpö- tai mekaanisille vaurioille, mikä takaa niiden normaalin toiminnan pidemmän ajan. Tämä luotettavuus on erittäin tärkeää sovellusaloilla, joissa huolto tai vaihto on vaikeaa ja kallista, kuten ilmailussa tai teollisissa ympäristöissä.

Paksuilla kuparikerroksilla varustettujen piirilevyjen suuri kuparikerroksen paksuus ja erityissovelluskohteet edellyttävät suunnittelussa sähköisten ominaisuuksien, valmistusteknisten mahdollisuuksien ja luotettavuuden huomioon ottamista. Keskeiset huomioon otettavat seikat ovat seuraavat:

· Kuparikerroksen paksuuden valinta:

Kuparikerroksen paksuus tulee määrittää laitteiston todellisten virrankuljetus- ja lämmönhallintatarpeiden perusteella, jotta vältetään liiallinen suunnittelu ja kustannusten kasvu. Kuparikerroksen paksuus tulee yhdistää johdinleveyteen ja viitata IPC-2221 -standardin mukaiseen virrankuljetusarvoon varmistaaksesi huippuvirran siirtovaatimusten täyttymisen. yhdistämällä sen johdinleveyden kanssa ja noudattaen IPC-2221 -standardia virrankuljetuskapasiteetin osalta, jotta varmistetaan huippuvirtojen siirtovaatimukset.

· Reitin suunnittelu:

Suurvirtapiirejä on laajennettava ja paksennettava estämään liiallisen virheitiheyden aiheuttama ylikuumeneminen. Kapean jakeen komponenttien ja paksun kuparipiirin liitoksissa on tehtävä asteittaisia siirtymiä, jotta vältetään äkilliset impedanssimuutokset. Vältä teräviä kulmia piireissä koko valmistusprosessin ajan, jotta estetään epätasainen syövytys tai sähkökenttien keskittyminen, jotka voivat aiheuttaa läpilyönnin.

· Lämmönhallinnan suunnittelu:

Tärkeissä lämpöä tuottavissa osissa on suunniteltava paksun kuparin lämmönsiirto ja kuparinauhat tai varattava lämmönjohtavia padoja ulkoisten lämmönsiirtolaitteiden liittämiseksi. Lämpö siirtyy useiden paksujen kuparikerrosten kautta, jotta paikallista lämpökeskittymistä ei esiinny. Suurvirtaviasuunnitelmassa käytetään metallisoitua paksennettua tai useita rinnakkaisia reikäsuunnitelmia lämmönsiirron tehostamiseksi.

· Viasuunnittelu ja liitännät:

Paksut kupariviastot suurentavat reiän halkaisijaa ja paksuentavat reiän seinämän kuparikerrosta. Tarvittaessa on käytettävä sokeita tai haudattuja reikiä tai hartsi-täytteitä estämään reiän seinämän halkeaminen. Tulpatyypin komponenttien juotiliitokset tulisi suurentaa sopivasti varmistaakseen hyvän kiinnittymisen paksuun kuparikerrokseen. Suurvirrallisilla yhteysalueilla käytetään kuparitäyttöä ohuiden johdinten sijaan parantaakseen virrankanto-ominaisuuksia.

· Impedanssien hallinta:

Simulointiohjelmien, kuten Altiumin ja Cadancen, avulla viivan leveys, viivojen välimatka ja eristeiden paksuus optimoidaan vastustamaan paksuilla kuparikerroksilla olevien johdinten vaikutusta ominaisimpedanssiin. Korkeataajuisten signaalijohdinten ja paksuilla kuparilla olevien virtajohtojen sijoittelu tehdään erilleen välttääkseen sähkömagneettisen häiriön.

· Prosessiyhteensopivuus:

Koska paksun kuparin etsoinnissa on altis sivu-etsoinnille, varataan etsonninkorjausmäärä piirin tarkkuuden varmistamiseksi. Jatkuvien, suurten paksun kuparipintojen välttämiseksi voidaan lisätä ylimääräisiä uria tai onttoja ratkaisuja taipumisen estämiseksi. Pinnan ja kuparikerroksen yhteys käyttää kuumapad-rakennetta, joka estää väärän juotoksen syntymisen hitsauksen aikana syntyvän lämpökeskittymän vuoksi.

· Mekaaninen luotettavuus:

Varataan laajenemistilaa paksulle kuparille PCB:ssä yhdessä laitteiston asennusrakenteen kanssa muodonmuutosten välttämiseksi lämpötilan vaihdellessa. Paksujen kuparikerrosten tai lisävahvikkeiden avulla reunoihin tai kuormitettuihin alueisiin lisätään taipumis- ja värähtelyvastusta, mikä tekee siitä soveltuvan vaativiin käyttöolosuhteisiin kuten ajoneuvoihin ja teollisuuden ohjausjärjestelmiin.

· Eristys ja kestojännite:

Säästä paksujen kuparilankojen etäisyys laitteen kestävän jännityksen vaatimusten mukaisesti. Korkean jännitteen tilanteissa on lisättävä eroavuutta IPC-2221 -eristystandardin mukaisesti. Monikerroksinen paksuus kupari-PCBS-laitteet on valmistettu korkean jännityksen kestävistä dielektrisistä materiaaleista välisen kerroksen hajoamisen estämiseksi.

· Kustannusten optimointi:

Ainoastaan paksua kuparia käytetään avainpohjaisissa korkean virran ja lämpötilan hajoamisalueissa, kun taas normaali kuparin paksuus säilytetään muilla alueilla suorituskyvyn ja kustannusten tasapainottamiseksi. Ehdotetaan ensisijaisesti kehittyneiden prosessiratkaisujen käyttöä yksinkertaistamiseksi monimutkaiset rakenteet ja tuotannon tuottotappiot

· Linjan leveys ja välimatka

Kuparijohtojen leveys ja etäisyys ovat avaintekijöitä. Optimointi on tehtävä virrantuotantoa koskevien vaatimusten ja PCB:n kokonaispinta-arvon perusteella.

· Käytä lämpöä johtavaa suolaliuosta ja lämpöä johtavaa tyynyä

Lämmönjohtavia vias-kohtia ja lämmönjohtavia padoja lisäämällä suunnitelmassa voidaan parantaa lämmönhajotusta. Nämä ratkaisut auttavat hajottamaan lämpöä PCB:n kuumilta alueilta, mikä parantaa kokonaislämmönhallintaa hallinta.

Paksun kuparikerroksen ja erityisten käyttöskenaarioiden vuoksi raskaspiirilevyjen (paksukuparipiirilevyt) tarkastuksen ja testauksen on kattava kolme keskeistä osa-aluetta: prosessin laatu, sähköinen suorituskyky ja luotettavuus. Ydinalueet ovat seuraavat:

Ulkonäön ja prosessivirheiden tarkastus

· Kuparikerroksen laatu: Tarkista, onko paksulla kuparikerroksella irtoamista, halkeamia, hapettumista tai reunoihin muodostuneita piikkejä epätasaisen syövytyksen vuoksi (tulee noudattaa IPC-A-600 -standardia);

· Padsit ja viat: Varmista padien tasaisuus ja kiinnittyminen, onko viapohjien kuparikerroksen paksuus standardeissa ja onko niissä tyhjiä kohtia tai virheellisesti asennettuja reikiä.

· Levyjen pinnan muodonmuutos: Mittaa PCB:n halkeilu (paksuilla kuparilevyillä on taipumus halkeilemaan kuparikerroksen jännityksen vuoksi, ja tämä tulee hallita alle 0,75 %):n sisällä) ja tarkista, ettei ilmene kerrosten välistä irtoamista tai kuplia.

· Mittatarkkuus: Tarkista keskeiset mitat, kuten viivanleveys, välistys ja reiän halkaisija, ja varmista, että ne ovat yhdenmukaisia suunnitusten kanssa (paksuille kupariviivoille tehdyssä syövytyksen kompensoinnissa virhe saa olla enintään ≤±0,05 mm).

Sähköisen suorituskyvyn testaus

· Johtavuus- ja eristystesti (korkeajännitetesti): Eristys viivojen välillä todetaan korkeajännitteen eristystestauslaitteella estämään paksujen kuparikerrosten välinen liian pieni väli aiheuttama läpilyönti. Varmista johtavuus ja etsi poiskytkentä- ja oikosulkuviat;

· Virtakantokyvyn testaus: Kytke nimellisvirta simuloitujen olosuhteiden mukaisesti, seuraa piirin lämpötilannousua (paksuilla kuparilevyillä lämpötilannousu nimellisvirralla tulisi olla ≤20 ℃), ja varmista, että ylikuumenemisen tai sulamisen riskiä ei ole.

· Impedanssitesti: Käytä impedanssianalysaattoria havaitsemaan korkeataajuussignaalilinjan ominaisimpedanssi varmistaaksesi, että paksun kuparikerroksen vaikutus impedanssiin täyttää suunnittelumäärittelyt (virhe ≤±10%);

· Jännitehäviötesti: Mittaa johdon jännitehäviö korkean virran siirron aikana vahvistaaksesi paksun kuparikerroksen matalaresistanssin edun ja estääksesi jännitehäviön vaikuttamasta laitteiden suorituskykyyn.

Automaattinen optinen tarkastus (AOI)

Automaattinen optinen tarkastus (AOI) hyödyntää edistynyttä kuvantamisteknologiaa havaitsemaan puutteita, jotka eivät ehkä ole nähtävissä paljain silmin.

· Korkearesoluutioinen kuvantaminen: AOI-järjestelmä ottaa korkearesoluutioisia kuvia PCB:stä ja vertaa niitä suunnitteluvaatimuksiin.

· Puutteiden tunnistus: Tämä järjestelmä voi automaattisesti tunnistaa ongelmia, kuten oikosulut, katkokset, jälkien ohentuminen ja väärä asento.

· Tarkkuus: AOI tarjoaa korkean tarkkuuden, jolloin jopa pienimmätkin viat voidaan havaita ja korjata.

Luotettavuustesti

· Lämpötilan vaihtelutesti: Syklimäärätesti lämpötilavälillä -40 °C – 125 °C (≥1000 kertaa) paksun kuparikerroksen kiinnitysvakautta substraatin ja liittimien kanssa ilman kerrostumista tai halkeamista.

· Lämpöshokkitesti: Nopea siirtyminen korkean ja matalan lämpötilan välillä (lämpötilaero ≥80 °C) varmistaakseen PCB:n kestävyyden äkillisille lämpötilamuutoksille, sopii vaativiin olosuhteisiin, kuten autoteollisuuteen ja teollisuuden ohjaukseen.

· Värähtely- ja mekaanisen lujuuden testaus: Simuloidaan kuljetuksen ja käytön aikaisia värähtelyjä (taajuus 5–500 Hz) ja iskuja tarkistaakseen, onko paksukuparipiiri rikkoutunut ja ovatko viat putosneet pois.

· Korroosion kestävyystesti: Tarkista paksun kupkerokeroksen hapettumis- ja korroosionkestävyys suolakostestillä (neutraali suolakosto, 48–96 tuntia) tai kostean lämmön testillä (85 ℃/85 % RH, 1000 tuntia).

· Juotosten luotettavuustesti: Suoritaessaan SMT/läpivientijuotosta, tarkistetaan juotesolujen ja paksujen kuparipadien välinen sitoutumislujuus, ja varmistetaan, ettei esiinny virheellistä juottamista tai irtoamista ( juotesolujen mikrorakenne voidaan analysoida metallograafisten poikkileikkausten avulla).

Erityisen suorituskyvyn vahvistaminen

· Lämmönhajotustehon testaus: Koko kuorman alla olevan PCB:n lämpötilajakauma havaitaan lämpökameralla varmistaakseen paksun kupkerokeroksen lämmönhallintavaikutuksen.

· Palonkestävyystesti: Suuritehoisiin käyttökohteisiin tarkitettu PCB:n palonkestävyysluokka testataan UL94-standardien mukaisesti (vähintään V-0-luokka);

· Adheesiokoe: Satakenttätesti tai vetolujuustesti hyväksytään vahvistamaan paksun kuparikerroksen ja substraatin välinen adheesio (≥1,5 N/mm).

Paksukuparipiirit, joilla on suuri virtakapasiteetti, erinomainen lämmönhajotus ja korkea mekaaninen lujuus, käytetään pääasiassa sovelluksissa, jotka vaativat suurta virranjohtoa, korkeaa tehontuottoa tai raskaita käyttöolosuhteita. Ydinsovellukset ovat seuraavat:

Uusiutuvan energian ajoneuvojen alalla

Ydinkomponentit: Akkulaturi, akunhallintajärjestelmä, moottoriohjain, DC/DC-muunnin, latauspisteen moduuli.

Käyttöperuste: Se joutuu kantamaan suuria virtoja (kymmenistä satoihin ampeeriin), kestämään vaihtelevia korkeita ja matalia lämpötiloja sekä tärinää. Paksukuparipiirit varmistavat vakavan tehon siirron ja tehokkaan lämmönhajotuksen, ja ne sopivat ajoneuvojen raskaaseen ympäristöön.

Teollisuuden ohjaus- ja voimalaitteet

Ydinkomponentit: taajuusmuunnin, servomoottorin ohjain, UPS-virtalähde, teollisuuden tehomoduuli, korkeajännitejakelukaapin ohjausyksikkö, sähdinhitsauskoneen pääohjausyksikkö.

Käyttösyy: Teollisuuden ohjauslaitteet vaativat usein suurta tehontuottoa. Paksun kuparikerroksen PCB:t voivat vähentää linjan resistanssihäviötä, estää ylikuumenemisen ja samalla kestää mekaanista värähtelyä ja sähkömagneettista häiriönsuojaukset, mikä parantaa laitteiston luotettavuutta.

Lääkintälaitteiden ala

Ydinkomponentit: Lääkinnälliset virtalähteet, hengityskoneiden tehomoduulit, sähkökirurgisten instrumenttien ohjauslevyt.

Käyttösyy: Lääkintälaitteilla on erittäin tiukat vaatimukset virransyötön vakaudelle ja turvallisuudelle. Paksun kuparikerroksen PCB:t mahdollistavat matalan jännitehäviön, tehokkaan lämmönsiirron sekä täyttävät lääkintälaiteteollisuuden ankariat eristys- ja kestojännitevaatimukset standardit.

Ilmailu-, avaruus- ja sotilasteollisuuden alat

Peruskomponentit: Ilmassa oleva virtalähtöjärjestelmä, tutkan laukaisumoduuli, ohjusohjauslevy, satelliitin virtalähtöyksikkö.

Käyttösyy: Ääriolosuhteisiin, voimakkaisiin värähdyksiin ja säteilyyn soveltumiseksi paksun kuparilevyn PCB:t tarjoavat korkean mekaanisen lujuuden ja vakaiden sähkösuorituskyvyn, mikä takaa laitteiston normaalin toiminnan kovaoloissa.

Suuritehoiset kuluttaja- ja kaupalliset laitteet

Peruskomponentit: Energianvarauksen invertteri, fotovoltaic-invertteri, suuritehoinen kotitalouslaitteen ohjauslevy (kuten induktiokeitin, sähköuuni), tietokeskuksen virtamoduuli.

Käyttösyy: Suuritehoiset laitteet tuottavat paljon lämpöä ja niissä on korkea virta. Paksun kuparilevyn PCB:t voivat nopeasti hajottaa lämpöä, estää piirien ylikuormituksen ja palamisen sekä pidentää laitteiden käyttöikää.

Rautatiekuljetusalan alue

Peruskomponentit: Junan vetomuunnin, rataverkon virtalähtöjärjestelmä, signaaliohjausmoduuli.

Käyttökohteen perustelu: Rautatiekaluston on kestettävä pitkäaikaisia värähtelyjä, korkeita ja matalia lämpötiloja sekä usein toistuvia suurta virtaa aiheuttavia käynnistys- ja pysäytysvaikutuksia. Paksun kuparikerroksen PCB:t tarjoavat virtakapasiteetin ja mekaanisen luotettavuuden, jotka voivat täyttää tämän vaatimuksen.