Płyta PCB z Grubą Miedzią

Czym jest płyta drukowana z grubą miedzią?

Płyta drukowana z grubą miedzią, znana również jako płytka z grubej miedzi, to specjalny typ płyty o grubości folii miedzianej ≥2 uncje. Typowe specyfikacje zawierają się w zakresie od 2 do ponad 10 uncji. Jej rdzeń cechy to większa wydajność prądu, odprowadzanie ciepła oraz wytrzymałość mechaniczna. Do produkcji wymagane są specjalne procesy galwaniczne i trawienia, zapewniające jednolitość i przyczepność grubej warstwy miedzi. warstwa. W porównaniu do zwykłych płytek drukowanych, płyty z grubą miedzią charakteryzują się większą zdolnością przewodzenia prądu, doskonałym odprowadzaniem ciepła oraz wyższym poziomem trudności procesu technologicznego. Są one głównie stosowane w takich zastosowaniach jak urządzenia energetyczne, przemienniki częstotliwości w przemyśle, systemy sterowania pojazdów nowych źródeł energii, moduły zasilania sprzętu medycznego, wymagające przesyłania dużych prądów, wysokiej mocy wyjściowej lub silnego odprowadzania ciepła. Zwykłe płytki drukowane są głównie odpowiednie dla elektroniki użytkowej i urządzeń o niskim poborze mocy.

Główne zalety płyt z grubą miedzią koncentrują się na ich przystosowaniu do warunków pracy przy dużych prądach i wysokiej mocy, co odzwierciedla się w następujących aspektach:

· Nadzwyczajna zdolność przewodzenia prądu:

Gruba warstwa miedzi (≥2 uncje) może przewodzić prąd o wartości od kilkudziesięciu do setek amperów, co jest znacznie lepsze niż w przypadku zwykłych płytek PCB. Pozwala to spełnić wymagania dotyczące przesyłu prądu w produktach wysokoprądowych, takich jak urządzenia energetyczne i nowe systemy elektronicznego sterowania pojazdami elektrycznymi, unikając przy tym nagrzewania się i przepalania ścieżek spowodowanego przeciążeniem prądem.

· Doskonała wydajność odprowadzania ciepła:

Miedź charakteryzuje się doskonałą przewodnością cieplną. Grubsza warstwa miedzi stanowi doskonały przewodnik ciepła, a jej skuteczność rozpraszania ciepła jest znacznie wyższa niż standardowych płytek PCB. Zgrubniona warstwa miedzi może szybko odprowadzać ciepło powstałe podczas pracy obwodu, skutecznie obniżając temperaturę powierzchni płytki, minimalizując uszkodzenia komponentów i obwodów spowodowane starzeniem termicznym oraz zwiększając stabilność i trwałość produktu.

· Wyższa wytrzymałość mechaniczna:

Kolejną ważną zaletą PCB z wysoką zawartością miedzi jest ich większa wytrzymałość mechaniczna. Grubsza warstwa miedzi zwiększa odporność fizyczną płytki PCB, czyniąc ją bardziej odporną na wyginanie i uderzenia, a tym samym lepiej przystosowaną do wytrzymywania naprężeń mechanicznych, takich jak wyginanie, wibracje i wstrząsy. Może dostosować się do trudnych warunków pracy z częstymi wibracjami, takimi jak urządzenia sterowania przemysłowego czy środowiska pokładowe pojazdów, zmniejszając ryzyko przerwania ścieżek.

· Stabilna niezawodność przewodzenia elektrycznego

Grubsza warstwa miedzi zmniejsza straty rezystancyjne podczas przesyłania prądu, obniża spadek napięcia i zapewnia stabilność przesyłania sygnałów i mocy w obwodzie. Jest szczególnie odpowiednia dla sprzętu medycznego i precyzyjnych systemów sterowania przemysłowego, w których stawiane są wysokie wymagania względem dokładności zasilania.

· Obsługa zintegrowanego projektowania:

Umożliwia zintegrowaną kompozycję obwodów prądu wysokiego i precyzyjnych obwodów sygnałowych, zmniejszając potrzebę stosowania zewnętrznych radiatorów, przewodów bocznikowych oraz innych komponentów, upraszczając strukturę produktu i poprawiając wykorzystanie przestrzeni.

· Wydłuża żywotność

Wyższa nośność prądowa, lepsze zarządzanie odprowadzaniem ciepła oraz większa wytrzymałość mechaniczna wspólnie wydłużają czas użytkowania płytek drukowanych z grubą miedzią. Płytki te nie są narażone na uszkodzenia termiczne lub mechaniczne, co gwarantuje ich długotrwałą normalną pracę. Ta niezawodność ma kluczowe znaczenie w dziedzinach zastosowań, gdzie konserwacja lub wymiana są trudne i kosztowne, takich jak przemysł lotniczy i kosmiczny lub środowiska przemysłowe.

Z powodu grubej warstwy miedzi oraz specjalnych scenariuszy zastosowania, kontrola i testowanie drukowanych płytek obwodów o dużej grubości miedzi (PCB o grubej miedzi) muszą obejmować trzy główne aspekty: jakość procesu, właściwości elektryczne oraz niezawodność. Główne treści są następujące:

Kontrola wyglądu i wad technologicznych

· Jakość warstwy miedzi: Sprawdzić, czy gruba warstwa miedzi nie odstaje, nie ma pęknięć, utlenienia oraz czy na krawędziach ścieżek nie występują zadziory spowodowane nierównym trawieniem (musi to być zgodne ze standardem IPC-A-600);

· Pad'y i przejścia: Zweryfikować płaskość i przyczepność pad'ów, czy grubość warstwy miedzi na ściankach przejść spełnia normy oraz czy nie ma porów lub niedokładnie wywierconych otworów.

· Odkształcenie powierzchni płyty: Zmierz wygięcie płytki PCB (płytki z grubą warstwą miedzi są narażone na wyginanie ze względu na naprężenia warstwy miedzi, które powinny być kontrolowane w granicach 0,75%) oraz sprawdź, czy nie występuje odwarstwienie lub pęcherze.

· Dokładność wymiarowa: Sprawdź kluczowe wymiary, takie jak szerokość ścieżek, odstępy i średnica otworów, aby upewnić się, że są zgodne z rysunkami projektowymi.

Test właściwości elektrycznych

· Test przewodzenia i izolacji (test Hi-Pot): Izolacja między ścieżkami jest wykrywana za pomocą testera wysokonapięciowego, aby zapobiec przebiciu spowodowanemu niewystarczającą odległością między warstwami grubej miedzi. Zweryfikuj przewodność oraz wykryj i usuń usterki spowodowane przerwami i zwarciami;

· Test nośności prądowej: Zastosuj prąd znamionowy w warunkach symulujących rzeczywiste działanie, monitoruj wzrost temperatury obwodu oraz potwierdzić, że nie ma ryzyka przegrzania ani stopienia.

· Test impedancji: Użyj analizatora impedancji, aby wykryć charakterystyczną impedancję linii sygnału wysokiej częstotliwości, aby zapewnić, że wpływ warstwy grubego miedzi na impedancję spełnia wymagania projektowe (błąd ≤±10%);

· Test spadku napięcia: Zmierz spadek napięcia na linii podczas przesyłania dużego prądu, aby zweryfikować niską rezystancję warstwy grubego miedzi i uniknąć strat napięcia wpływających na wydajność urządzenia.

Automatyczna Kontrola Optyczna (AOI)

Automatyczna Kontrola Optyczna (AOI) wykorzystuje zaawansowaną technologię obrazowania do wykrywania wad, które mogą być niewidoczne gołym okiem.

· Obrazowanie o wysokiej rozdzielczości: System AOI tworzy obrazy o wysokiej rozdzielczości płytki PCB i porównuje je z danymi projektowymi.

· Wykrywanie wad: System ten może automatycznie identyfikować problemy, takie jak zwarcia, przerwy w obwodach, cienienie ścieżek oraz ich nieprawidłowe ustawienie.

· Precyzja: AOI oferuje wysoką precyzję, zapewniając wykrycie i usunięcie nawet najmniejszych wad.

Test niezawodności

· Test cyklowania termicznego: Test cykliczny w zakresie temperatur od -40 ℃ do 125℃ (≥1000 cykli) w celu sprawdzenia stabilności połączenia grubej warstwy miedzi z podłożem i polami, bez odwarstwiania się ani pęknięć.

· Test szoku termicznego: Szybkie przełączanie między środowiskiem o wysokiej i niskiej temperaturze (różnica temperatur ≥80℃) w celu zweryfikowania odporności płytki PCB na nagłe zmiany temperatury, odpowiedni dla trudnych warunków pracy, takich jak w motoryzacji i kontroli przemysłowej.

· Testy wibracji i wytrzymałości mechanicznej: Symulacja wibracji (częstotliwość 5~500 Hz) oraz uderzeń podczas transportu i użytkowania w celu sprawdzenia, czy obwód z grubej miedzi nie uległ przerwaniu oraz czy przelotki nie odpadły.

· Test odporności na korozję: Zweryfikuj odporność na utlenianie i korozję warstwy grubego miedziowego poprzez test opryskiwania solą (neutralny test solny, 48–96 godzin) lub test wilgotnego ciepła (85℃/85% RH, 1000 godzin).

· Test niezawodności lutowania: Po zakończeniu lutowania SMT/przez otwory sprawdź wytrzymałość połączeń między spoinami a grubymi padami miedzianymi, zapewniając brak złych lub pustych spoin .

Weryfikacja właściwości specjalnych

· Test wydajności odprowadzania ciepła: Rozkład temperatury płytki PCB w warunkach pełnego obciążenia wykrywany jest za pomocą termowizera w celu zweryfikowania skuteczności odprowadzania ciepła przez grubą warstwę miedzi.

· Test odporności na zapłon: W przypadku zastosowań wysokoprądowych stopień odporności na zapłon płytki PCB jest badany zgodnie ze standardem UL94 (co najmniej na poziomie V-0);

· Test przyczepności: Stosuje się test siatki setkowej lub test rozciągania, aby zweryfikować przyczepność między warstwą grubego miedzi a podłożem (≥1,5 N/mm).

Płytki drukowane z grubą miedzią, charakteryzujące się dużą wytrzymałością prądową, doskonałym odprowadzaniem ciepła oraz wysoką wytrzymałością mechaniczną, są głównie stosowane w dziedzinach wymagających przesyłania dużych prądów, wysokiej mocy wyjściowej lub pracy w trudnych warunkach eksploatacyjnych. Główne scenariusze to:

W dziedzinie pojazdów napędzanych energią nowego typu

Główne komponenty: Ładowarka pokładowa, system zarządzania baterią, sterownik silnika, przetwornica DC/DC, moduł stacji ładowania.

Powód zastosowania: Musi przewodzić duże prądy, wytrzymać zmienne wysokie i niskie temperatury oraz wibracje. Płytki drukowane z grubą miedzią zapewniają stabilną transmisję mocy i skuteczne odprowadzanie ciepła, dlatego nadają się do pracy w trudnych warunkach panujących w pojazdach.

Automatyka przemysłowa i urządzenia zasilające

Komponenty podstawowe: przetwornica częstotliwości, sterownik serwo, zasilacz UPS, moduł zasilania przemysłowego, płyta sterowania szafą rozdzielczą wysokiego napięcia, płyta główna sterownika spawarki.

Powód zastosowania: Urządzenia sterowania przemysłowego często wymagają dużego wyjściowego natężenia prądu. Płyty drukowane z grubą miedzią mogą zmniejszyć straty rezystancyjne w liniach, zapobiegać przegrzewaniu oraz wykazywać odporność na wibracje mechaniczne i zakłócenia elektromagnetyczne, co zwiększa niezawodność urządzeń.

Dziedzina sprzętu medycznego

Komponenty podstawowe: Zasilacze medyczne, moduły zasilania wentylatorów, płyty sterujące instrumentów elektrochirurgicznych.

Powód zastosowania: Sprzęt medyczny stawia bardzo wysokie wymagania dotyczące stabilności i bezpieczeństwa zasilania. Płyty drukowane z grubą miedzią umożliwiają niski spadek napięcia, skuteczne odprowadzanie ciepła oraz spełniają rygorystyczne normy izolacji i wytrzymałości dielektrycznej przemysłu medycznego.

Dziedziny lotnictwa, kosmonautyki i przemysłu wojskowego

Komponenty podstawowe: Pokładowy system zasilania, moduł uruchamiający radar, płyta sterowania pociskami, jednostka zasilania satelitarnego.

Powód zastosowania: Aby dostosować się do ekstremalnych temperatur, silnych wibracji i warunków promieniowania, wysoka wytrzymałość mechaniczna oraz stabilna wydajność elektryczna płyt PCB z grubą miedzią mogą zapewnić prawidłowe działanie urządzeń w trudnych warunkach.

Wyposażenie wysokoprądowe użytkowe i komercyjne

Komponenty podstawowe: Inwerter magazynowania energii, inwerter fotowoltaiczny, płyta sterowania urządzeniami gospodarstwa domowego o dużej mocy (np. indukcyjne kuchenki, piekarniki elektryczne), moduł zasilania centrum danych.

Powód zastosowania: Urządzenia o dużej mocy generują dużo ciepła i charakteryzują się wysokim natężeniem prądu. Płaty PCB z grubą miedzią mogą szybko odprowadzać ciepło, zapobiegać przeciążeniom i przepaleniom obwodów, wydłużając tym samym okres użytkowania urządzeń.

Dziedzina transportu kolejowego

Komponenty podstawowe: Falownik napędu pociągu, system zasilania torowego, moduł sterowania sygnałami.

Powód zastosowania: Sprzęt do transportu szynowego musi wytrzymywać długotrwałe drgania, wysokie i niskie temperatury oraz częste uruchamianie i zatrzymywanie przy dużych prądach. Przewodność prądowa i niezawodność mechaniczna PCBS z grubą miedzią może spełniać te wymagania.