Zware koper PCB

Heavy Copper PCB, ook bekend als printplaat met dik koper, is een speciaal type PCB met een koperfoliedikte van ≥2 oz (70 μm), veel dikker dan de standaard 1 oz/35 μm van conventionele PCB's. Veelvoorkomende specificaties variëren van 2 oz tot meer dan 10 oz. De belangrijkste kenmerken zijn hogere stroomdoorlaatcapaciteit, betere warmteafvoer en grotere mechanische sterkte. Voor de productie zijn speciale galvanische en etsprocessen vereist om de uniformiteit en hechting van het dikke koper te garanderen. laag. In vergelijking met gewone PCB's hebben zware koper-PCB's een grotere stroomdragende capaciteit (in staat om tientallen tot honderden ampères te geleiden), uitstekende warmteafvoer en een hogere productiemoeilijkheidsgraad. Ze worden voornamelijk toegepast in scenario's zoals vermogenapparatuur, industriële controle frequentieomzetters, elektronische regelsystemen voor nieuwe energievoertuigen en medische apparatuur voedingsmodules die grote stroomoverdracht, hoog vermogen of sterke warmteafvoer vereisen. Gewone PCB's zijn meestal geschikt voor consumentenelektronica en laagvermogenapparaten.

De kernvoordelen van dikke koper-PCB's liggen vooral in hun geschiktheid voor hoge stroom en hoog vermogen, wat zich specifiek vertaalt in de volgende aspecten:

· Uitzonderlijk hoge stroombelastbaarheid:

De dikke koperlaag (≥2 oz) kan tientallen tot honderden ampères aan grote stroom doorgeleiden, wat verre superieur is aan gewone PCB's. Het kan voldoen aan de stroomtransmissie-eisen van hoogvermogenproducten zoals vermogenapparatuur en nieuwe energievoertuig elektronische regelsystemen, en voorkomt verwarming en beschadiging van de lijn veroorzaakt door stroomoverbelasting.

· Uitstekende warmteafvoerprestaties:

Koper heeft uitstekende warmtegeleidingswaarden. Een dikkere koperlaag is een uitstekende warmtegeleider, en de warmteafvoerefficiëntie is veel hoger dan die van standaard PCB's. De verdikte koperlaag kan de tijdens de werking van de schakeling gegenereerde warmte snel afvoeren en zo effectief de oppervlaktetemperatuur van de printplaat verlagen, schade aan componenten en circuits door thermische veroudering minimaliseren, en de stabiliteit en levensduur van het product verbeteren.

· Hogere mechanische sterkte:

Een ander belangrijk voordeel van hoogkoperen PCB's ligt in hun hogere mechanische sterkte. De dikke koperlaag versterkt de fysieke taaiheid van de PCB, waardoor deze bestand is tegen buiging en impact, en daardoor beter bestand tegen fysieke belastingen zoals buiging, trillingen en mechanische schokken. Het kan zich aanpassen aan zware werkomstandigheden met frequente trillingen, zoals industriële regelapparatuur en voertuigomgevingen, waardoor het risico op onderbreking van de lijn wordt verlaagd.

· Betrouwbare stabiele elektrische geleidbaarheid

De dikke koperlaag vermindert het weerstandsverlies tijdens stroomoverdracht, verlaagt de spanningsval en zorgt voor stabiliteit van signaal- en stroomoverdracht in de schakeling. Het is bijzonder geschikt voor medische apparatuur en precisie industriële regelsystemen met hoge eisen aan voedingnauwkeurigheid.

· Ondersteuning voor geïntegreerd ontwerp:

Het kan een geïntegreerde lay-out realiseren van hoogstroomkringen en precieze signaalkringen, waardoor de behoefte aan externe koellichamen, shunts en andere componenten wordt verminderd, de productstructuur wordt vereenvoudigd en het ruimtegebruik wordt verbeterd.

· Verlengde levensduur

Hogere stroomdoorlaatcapaciteit, beter warmteafvoerbeheer en grotere mechanische sterkte verlengen gezamenlijk de levensduur van dikke koperen PCB's. Deze PCB's zijn niet gevoelig voor thermische of mechanische schade, waardoor hun normale werking gedurende een langere tijd wordt gewaarborgd. Deze betrouwbaarheid is van cruciaal belang in toepassingsgebieden waar onderhoud of vervanging moeilijk en kostbaar is, zoals in de lucht- en ruimtevaart of industriële omgevingen.

Vanwege de grote dikte van de koperlaag en de specifieke toepassingsscenario's van dikke koper PCB's, moet het ontwerp rekening houden met elektrische prestaties, proceshaalbaarheid en betrouwbaarheid. De kernoverwegingen zijn als volgt:

· Keuze van koperdikte:

De specificatie van de koperdikte dient te worden bepaald op basis van de daadwerkelijke stroomdoorvoer en warmteafvoereisen van de apparatuur om te voorkomen dat er een te groot ontwerp ontstaat en kosten stijgen. Koppel de koperdikte in combinatie met de lijnbreedte en raadpleeg de IPC-2221-norm voor stroomdoorvoer om ervoor te zorgen dat aan de piekstroomtransmissie-eisen wordt voldaan.

· Routeringsontwerp:

Stroomkringen met hoge stroom moeten worden verbreed en verdikt om oververhitting te voorkomen die wordt veroorzaakt door een te hoge stroomdichtheid. Zorg voor geleidelijke overgangen bij de aansluitpunten van fijnpitch-componenten en dikke koperbanen om plotselinge impedantieveranderingen te verminderen. Vermijd scherpe hoeken in de gehele lay-out om onevenmatig etsen of geconcentreerde elektrische velden te voorkomen die een doorslag kunnen veroorzaken.

· Koelontwerp:

Plan bij belangrijke warmteproducerende gebieden koeling middels dik koper en koperopvullingszones, of houd thermische pads vrij voor aansluiting op externe koelapparatuur. De warmte wordt via meerdere dikke koperlagen afgevoerd om lokale warmte-ophoping te voorkomen. Vias voor hoge stroom gebruiken een gemetalliseerde verdikte of meervoudige parallelle gatenopstelling om de warmteafvoer te verbeteren.

· Via- en aansluitontwerp:

Dikke koperen via's vergroten de gatdiameter en verdikken de koperlaag op de gatwand. Indien nodig moeten blinde of begraven gaten of harsstoppen worden gebruikt om scheuren in de gatwand te voorkomen. De soldeerpads van de in te stekende componenten dienen passend te worden vergroot om de hechting tijdens het solderen aan de dikke koperlaag te waarborgen. Het gebied van de hoogstroomverbinding wordt gevuld met koper in plaats van dunne draden om de stroomdoorvoercapaciteit te verbeteren.

· Impedantiebeheersing:

Door gebruik te maken van simulatiesoftware zoals Altium en Cadence, worden de lijnbreedte, afstand en diëlektrische dikte geoptimaliseerd om de invloed van dikke koperlagen op de karakteristieke impedantie van de lijn te compenseren. Hoge-frequentie signaallijnen en dikke koperen stroomlijnen worden gescheiden geplaatst om elektromagnetische interferentie te voorkomen.

· Procescompatibiliteit:

Gezien de eigenschap dat dik koper etchen gevoelig is voor zijdelingse corrosie, wordt een etchcompensatie voorzien om de nauwkeurigheid van de bedrading te waarborgen. Om grote aaneengesloten oppervlakken met dik koper te voorkomen, kunnen extra groeven of uitgespaarde structuren worden toegevoegd om PCB-vervorming te voorkomen. de verbinding tussen de pad en de koperlaag maakt gebruik van een warmtepadstructuur om foutief solderen te voorkomen dat wordt veroorzaakt door hitteconcentratie tijdens het solderen.

· Mechanische betrouwbaarheid:

Houd rekening met uitzettingsmarge voor dikke koper PCB's in combinatie met de installatiestructuur van de apparatuur om vervorming door temperatuurveranderingen te voorkomen. Verdikte koperlagen of extra versterkingsribben worden toegevoegd aan de randen of belastbare gebieden om de weerstand tegen buiging en trillingen te vergroten, waardoor het geschikt is voor zware werkomstandigheden zoals in voertuigen en industriële regelsystemen. randen of belastbare gebieden om de weerstand tegen buiging en trillingen te vergroten, waardoor het geschikt is voor zware werkomstandigheden zoals in voertuigen en industriële regelsystemen.

· Isolatie en spanningsbestendigheid:

Pas de afstand tussen dikke koperbanen aan volgens de isolatie-eisen van de apparatuur. Verhoog in hoogspanningstoepassingen de afstand verder overeenkomstig de IPC-2221-isolatiestandaard. Multilayer dikke koper-PCB's zijn vervaardigd uit hoogspanningsbestendige diëlektrische materialen om doorslag tussen lagen te voorkomen.

· Kostenoptimalisatie:

Alleen dik koper wordt gebruikt in sleutelgebieden met hoge stroom en hoge warmteafvoer, terwijl de standaard koperdikte behouden blijft in niet-kerngebieden om prestaties en kosten in balans te brengen. Geef voorrang aan het gebruik van beproefde procesoplossingen om complexe structuren te vereenvoudigen en productieverlies door lagere opbrengst te verminderen

· Lijnbreedte en -afstand

De breedte en afstand van de koperbanen zijn belangrijke factoren. Optimalisatie moet plaatsvinden op basis van de stroombelastbaarheid en de algehele lay-out van de PCB.

· Gebruik thermische via’s en thermische pads

Het toevoegen van thermisch geleidende via's en thermisch geleidende pads in het ontwerp kan het warmteafvoereffect verbeteren. Deze ontwerpen helpen warmte af te voeren van de warmtepunten op de PCB, waardoor de algehele warmteafvoer wordt verbeterd management.

Vanwege de dikke koperlaag en specifieke toepassingsscenario's moet de inspectie en testen van zware koper printplaten (dikke koper PCB's) drie belangrijke dimensies bestrijken: proceskwaliteit, elektrische prestaties en betrouwbaarheid. De kerninhoud is als volgt:

Inspectie van uiterlijk en procesfouten

· Kwaliteit koperlaag: Controleren of de dikke koperlaag loslaat, barst, geoxideerd is en of er braam aan de rand van de lijn is door oneven etseren (dit moet voldoen aan de IPC-A-600-norm);

· Pads en via's: De vlakheid en hechting van de pads controleren, of de dikte van de koperlaag op de wanden van de via's aan de normen voldoet en of er luchtkokers of misgelijnde gaten zijn.

· Vervorming van het boardoppervlak: Meet de warpage van de PCB (dikke koperen PCB's zijn gevoelig voor warpage door spanning in de koperlagen, dit dient beperkt te blijven tot 0,75%) en controleer op delaminatie of luchtbellen.

· Afmetingsnauwkeurigheid: Controleer belangrijke afmetingen zoals lijnbreedte, tussenruimte en gatdiameter om na te gaan of deze overeenkomen met de ontwerptekeningen (de fout na etscompensatie voor dikke koperbanen dient ≤±0,05 mm te zijn).

Elektrische prestatietest

· Geleidings- en isolatietest (Hi-Pot-test): De isolatie tussen banen wordt gedetecteerd met een hoogspanningsisolatietester om doorslag te voorkomen veroorzaakt door onvoldoende tussenruimte tussen dikke koperlagen. Verifieer geleidbaarheid en los openstaande en kortsluitfouten op;

· Stroomdoorvoercapaciteitstest: Pas de nominale stroom toe onder gesimuleerde werkelijke bedrijfsomstandigheden, houd de temperatuurstijging van de schakeling in de gaten (bij dikke koperen PCB's dient de temperatuurstijging bij nominale stroom ≤20℃ te zijn), en bevestigen dat er geen risico is op oververhitting of smelten.

· Impedantietesten: Gebruik een impedantie-analyzer om de karakteristieke impedantie van de hoogfrequentsignaallijn te detecteren, om ervoor te zorgen dat de invloed van de dikke koperlaag op de impedantie voldoet aan de ontwerpeisen (fout ≤±10%);

· Spanningsvaltest: Meet de spanningsval in de lijn bij transmissie onder hoge stroom om het lage weerstandsvoordeel van de dikke koperlaag te verifiëren en spanningsverlies dat de prestaties van de apparatuur kan beïnvloeden te voorkomen.

Automatische Optische Inspectie (AOI)

Automatische Optische Inspectie (AOI) maakt gebruik van geavanceerde beeldvormingstechnologie om defecten te detecteren die met het blote oog niet zichtbaar zijn.

· Hoge-resolutie beeldvorming: Het AOI-systeem maakt beelden met hoge resolutie van de PCB en vergelijkt deze met de ontwerpspecificaties.

· Defectdetectie: Dit systeem kan automatisch problemen identificeren zoals kortsluitingen, onderbroken verbindingen, verfijning van banen en misuitlijning.

· Precisie: AOI biedt hoge precisie, waardoor zelfs de kleinste defecten kunnen worden gedetecteerd en verholpen.

Betrouwbaarheidstest

· Thermische wisseltest: Wisseltest binnen het temperatuurbereik van -40 ℃ tot 125℃ (≥1000 keer) om de hechtingsstabiliteit van de dikke koperlaag met de substraat en pads te controleren, zonder ontlapping of barsten.

· Thermische schoktest: Snel schakelen tussen hoge en lage temperaturen (temperatuurverschil ≥80℃) om de weerstand van de PCB tegen plotselinge temperatuurveranderingen te verifiëren, geschikt voor extreme toepassingen zoals automotive en industriële besturing.

· Trillings- en mechanische sterkte-test: Simuleer trillingen (frequentie 5~500 Hz) en schokken tijdens transport en gebruik om te controleren of de dikke koperprintplaat gebroken is en of de via’s zijn losgeraakt.

· Corrosieweerstandstest: Controleer de oxidatie- en corrosieweerstand van de dikke koperlaag via een zoutneveltest (neutrale zoutnevel, 48 tot 96 uur) of vochtigheidswarmtetest (85℃/85% RH, 1000 uur).

· Soldeervermogenstest: Na het voltooien van SMD/door-contact soldeercontrole, controleer de hechtingssterkte tussen de soldeerverbindingen en de dikke koperpads, en zorg dat er geen koude of losse verbindingen zijn (de microstructuur van de soldeerverbindingen kan worden geanalyseerd via metallografische doorsneden).

Specifieke prestatieverificatie

· Koelvermogenstest: De temperatuurverdeling van de PCB onder volledige belasting wordt gedetecteerd met een thermische camera om het koelrendement van de dikke koperlaag te verifiëren.

· Vlamvertragendheidstest: Voor hoogvermogen toepassingen wordt de vlamvertragendheidsklasse van de PCB getest volgens UL94-normen (minimaal niveau V-0);

· Hechtingstest: Er wordt een honderd-vaktest of trektest toegepast om de hechting tussen de dikke koperlaag en de ondergrond te verifiëren (≥1,5 N/mm).

Dikke koper printplaten, met hun hoge stroomdoorlaatvermogen, uitstekende warmteafvoer en hoge mechanische weerstand, worden voornamelijk gebruikt in toepassingen die grote stroomoverdracht, hoog vermogen of zware werkvoorwaarden vereisen. De kernscenarios zijn als volgt:

In het domein van nieuwe energievoertuigen

Kerncomponenten: Onderwegslader, batterijbeheersysteem, motorregelaar, DC/DC-omvormer, laadpaalmodule.

Toepassingsreden: Moet grote stromen dragen (tientallen tot honderden ampères), wisselende hoge en lage temperaturen en trillingen doorstaan. Dikke koper PCB's kunnen stabiele stroomoverdracht en efficiënte warmteafvoer garanderen, en zijn geschikt voor de zware omgeving in voertuigen.

Industriële controle en vermogenapparatuur

Kerncomponenten: frequentieomvormer, servodriver, UPS-voeding, industriele voedingsmodule, bedieningspaneel voor hoogspanningsverdeelkast, hoofdregelingskaart van elektrische lasklasse.

Toepassingsreden: Industriële regelapparatuur vereist vaak een hoog vermogen. Dikke koperen PCB's kunnen lijnweerstandsverlies verlagen, oververhitting voorkomen en tegelijkertijd mechanische trillingen en elektromagnetische interferentie weerstaan, waardoor de betrouwbaarheid van de apparatuur wordt verbeterd.

Het gebied van medische apparatuur

Kerncomponenten: Medische voedingen, voedingsmodules voor beademingsapparaten, bedieningsborden voor electroschare-instrumenten.

Toepassingsreden: Medische apparatuur stelt uiterst hoge eisen aan de stabiliteit en veiligheid van de voeding. Dikke koperen PCB's kunnen een lage spanningsval en hoge warmteafvoer realiseren, en voldoen aan de strenge isolatie- en spanningsbestendigheids normen van de medische industrie.

Lucht- en ruimtevaart en defensie-industrie

Kerncomponenten: Luchtvaart voedingssysteem, radarlanceermoduul, raketbesturingsprintplaat, satelliet voedingseenheid.

Toepassingsreden: Om aan extreme temperaturen, sterke trillingen en stralingsomgevingen te kunnen aanpassen, kan de hoge mechanische sterkte en stabiele elektrische prestaties van dikke koperen PCB's de normale werking van apparatuur garanderen onder zware omstandigheden.

Hoogvermogen consumenten- en commerciële apparatuur

Kerncomponenten: Opslagomvormer, fotovoltaïsche omvormer, hoogvermogen huishoudelijke apparaatprintplaat (zoals inductiekookplaten, elektrische ovens), datacenter voedingsmodule.

Toepassingsreden: Hoogvermogen apparatuur wekt veel warmte op en heeft een hoge stroom. Dikke koperen PCB's kunnen warmte snel afvoeren, overbelasting en doorbranden van de schakeling voorkomen en de levensduur van de apparatuur verlengen.

Het gebied van spoorwegtransport

Kerncomponenten: Treintractieomvormer, baanvoedingssysteem, signaalbesturingsmodule.

Toepassingsreden: Spoorvervoermaterieel moet bestand zijn tegen langdurige trillingen, hoge en lage temperaturen, en frequente start-stop met grote stroompieken. De stroomdoorvoercapaciteit en mechanische betrouwbaarheid van dikke koperen PCB's kunnen aan deze eis voldoen.