Печатные платы с тяжелой медью

Что такое тяжелая печатная плата из меди?

Плата с тяжелым медным покрытием, также известная как плата с толстым медным слоем, представляет собой особый тип печатной платы с толщиной медной фольги ≥2 унции. Обычные спецификации варьируются от 2 унций до более чем 10 унций. Ее основной особенностями являются повышенная способность к проводимости тока, эффективность рассеивания тепла и механическая прочность. Для производства требуются специальные процессы гальванического покрытия и травления, обеспечивающие равномерность и адгезию толстого медного слоя слой. По сравнению с обычными печатными платами, платы с тяжелым медным покрытием обладают более высокой способностью проводить ток, отличным теплоотводом и повышенной сложностью производства. Они в основном применяются в таких сценариях, как силовое оборудование, промышленные частотные преобразователи, электронные системы управления новыми типами электромобилей и силовые модули медицинского оборудования, где требуется передача большого тока, высокая мощность или эффективный теплоотвод. Обычные печатные платы в основном подходят для бытовой электроники и маломощных устройств.

Ключевые преимущества печатных плат с толстым медным слоем заключаются в их приспособленности к работе в условиях высокого тока и высокой мощности, что конкретно проявляется в следующих аспектах:

· Сверхвысокая токовая нагрузка:

Толстый медный слой (≥2 унции) может пропускать десятки и сотни ампер большого тока, что намного превосходит обычные печатные платы. Он может удовлетворять требованиям передачи тока для высокомощной продукции, такой как силовое оборудование и новые электронные системы управления транспортными средствами на новых источниках энергии, а также предотвращать нагрев и перегорание линий, вызванные перегрузкой по току.

· Отличная теплоотдача:

Медь обладает превосходной теплопроводностью. Более толстый медный слой является отличным проводником тепла, и его эффективность теплоотдачи намного выше, чем у стандартных печатных плат. Утолщённый медный слой может быстро отводить тепло, выделяемое при работе схемы, эффективно снижая температуру поверхности платы, минимизируя повреждение компонентов и схем вследствие термического старения, а также повышая стабильность и срок службы изделия.

· Повышенная механическая прочность:

Еще одно ключевое преимущество печатных плат с высоким содержанием меди заключается в их повышенной механической прочности. Толстый медный слой повышает физическую прочность печатной платы, делая ее более устойчивой к изгибу и ударам, а значит, более способной выдерживать механические нагрузки, такие как изгиб, вибрация и удары. Она может работать в жестких условиях с частыми вибрациями, например, в промышленном оборудовании и транспортных средствах, снижая риск обрыва проводников.

· Надежность стабильной электропроводности

Толстый медный слой уменьшает потери сопротивления при передаче тока, снижает падение напряжения и обеспечивает стабильность передачи сигналов и питания в цепи. Особенно подходит для медицинского оборудования и прецизионных систем промышленного управления, где предъявляются высокие требования к точности питания.

· Поддержка интегрированного дизайна:

Он позволяет интегрированно разместить цепи с высоким током и цепи точных сигналов, сокращая необходимость во внешних радиаторах, шунтах и других компонентах, упрощает конструкцию изделия и повышает эффективность использования пространства.

· Удлинение срока службы

Более высокая токовая нагрузка, улучшенное управление теплоотдачей и повышенная механическая прочность совместно продлевают срок службы печатных плат с толстым слоем меди. Эти платы менее подвержены тепловым или механическим повреждениям, обеспечивая их нормальную работу в течение более длительного времени. Эта надежность имеет жизненно важное значение в областях применения, где обслуживание или замена затруднены и дорогостоящи, например, в аэрокосмической или промышленной среде.

Из-за толстого медного слоя и специфических сценариев применения контроль и тестирование тяжелых медных печатных плат (плат с толстой медью) должен охватывать три основные категории: качество технологического процесса, электрические характеристики и надежность. Основные аспекты следующие:

Проверка внешнего вида и технологических дефектов

· Качество медного слоя: Проверьте, не наблюдается ли отслоение, растрескивание или окисление толстого медного слоя, а также наличие заусенцев по краям проводников из-за неравномерного травления (должно соответствовать стандарту IPC-A-600);

· Пяточки и переходные отверстия: Проверьте плоскостность и адгезию контактных площадок, достаточна ли толщина медного слоя на стенках отверстий, отсутствуют ли пустоты или смещения отверстий.

· Деформация поверхности платы: Измерьте коробление печатной платы (печатные платы с толстым медным слоем склонны к короблению из-за напряжения в медном слое, которое должно быть ограничено в пределах 0,75%) и проверьте наличие расслоения или пузырей.

· Точность размеров: Проверьте ключевые размеры, такие как ширина линии, расстояние между линиями и диаметр отверстий, чтобы убедиться в их соответствии проектной документации.

Испытание электрических характеристик

· Испытание проводимости и изоляции (Hi-Pot тест): Проверка изоляции между проводниками с помощью высоковольтного измерителя изоляции для предотвращения пробоя, вызванного недостаточным расстоянием между толстыми медными слоями. Проверьте проводимость и устраните неисправности обрыва и короткого замыкания;

· Испытание на токовую нагрузку: Подайте номинальный ток в условиях, имитирующих реальную работу, контролируйте повышение температуры цепи и подтвердите, что отсутствует риск перегрева или плавления.

· Тестирование импеданса: Используйте анализатор импеданса для определения характеристического импеданса высокочастотной сигнальной линии, чтобы убедиться, что влияние толстого медного слоя на импеданс соответствует проектным требованиям (ошибка ≤±10%);

· Тест падения напряжения: Измерьте падение напряжения в линии при передаче высокого тока, чтобы подтвердить преимущество низкого сопротивления толстого медного слоя и избежать потерь напряжения, влияющих на производительность оборудования.

Автоматический оптический контроль (АОК)

Автоматический оптический контроль (АОК) использует передовые технологии визуализации для выявления дефектов, которые могут быть невидимы невооружённым глазом.

· Высокое разрешение изображения: система АОК делает изображения высокого разрешения печатной платы и сравнивает их с проектными спецификациями.

· Обнаружение дефектов: данная система может автоматически выявлять такие проблемы, как короткие замыкания, обрывы цепи, истончение проводников и несоосность.

· Точность: AOI обеспечивает высокую точность, гарантируя обнаружение и устранение даже мельчайших дефектов.

Тест на надежность

· Испытание на термоциклирование: циклическое испытание в диапазоне температур от -40 ℃ до 125 ℃ (не менее 1000 циклов) для проверки стабильности соединения толстого медного слоя с подложкой и контактными площадками без расслоения или растрескивания.

· Испытание на термоудар: быстрое переключение между средами с высокой и низкой температурой (разница температур ≥80 ℃) для проверки устойчивости печатной платы к резким изменениям температуры, подходит для суровых условий, например, в автомобильной промышленности и промышленном контроле.

· Испытание на вибрацию и механическую прочность: моделирование вибрации (частота 5–500 Гц) и ударов во время транспортировки и эксплуатации для проверки целостности толстого медного проводника и отсутствия отслоения переходных отверстий.

· Испытание на коррозионную стойкость: проверка устойчивости толстого медного слоя к окислению и коррозии с помощью испытания солевым туманом (нейтральный солевой туман, 48–96 часов) или испытания влажным теплом (85 °С/85 % влажности, 1000 часов).

· Испытание надежности пайки: После завершения пайки методом SMT/в сквозные отверстия проверьте прочность соединения между паяными контактами и толстыми медными площадками и убедитесь в отсутствии непропая или отслоения .

Проверка специальных характеристик

· Испытание теплоотводящих свойств: распределение температуры на печатной плате в условиях полной нагрузки измеряется с помощью тепловизора для подтверждения эффективности теплоотвода толстого медного слоя.

· Испытание на воспламеняемость: для сценариев применения с высокой мощностью степень огнестойкости печатной платы проверяется в соответствии со стандартом UL94 (минимум уровень V-0);

· Испытание на адгезию: для проверки сцепления между слоем толстого медного покрытия и подложкой применяется испытание по сетке или на растяжение (≥1,5 Н/мм).

Печатные платы с толстым медным слоем обладают высокой токовой нагрузкой, отличным отводом тепла и высокой механической прочностью, поэтому применяются в основном в областях, требующих передачи больших токов, высокой мощности или эксплуатации в тяжелых условиях. Основные сценарии применения следующие:

В области новых энергетических транспортных средств

Ключевые компоненты: бортовое зарядное устройство, система управления батареей, контроллер двигателя, преобразователь постоянного тока (DC/DC), модуль зарядной станции.

Причина применения: Необходимость передачи больших токов, устойчивость к переменным высоким и низким температурам и вибрациям. Печатные платы с толстым слоем меди обеспечивают стабильную передачу электроэнергии и эффективный теплоотвод, а также подходят для эксплуатации в жестких условиях транспортных средств.

Промышленная автоматика и силовое оборудование

Основные компоненты: частотный преобразователь, сервопривод, источник бесперебойного питания, промышленный силовой модуль, плата управления шкафом высоковольтного распределения, главная плата управления электросварочного аппарата.

Причина применения: Промышленное оборудование управления часто требует высокой мощности. Печатные платы с толстым медным слоем позволяют уменьшить потери на сопротивление проводников, предотвратить перегрев, а также выдерживать механические вибрации и электромагнитные помехи, повышая надежность оборудования.

Область медицинского оборудования

Основные компоненты: медицинские источники питания, силовые модули для аппаратов искусственной вентиляции легких, платы управления электрохирургических инструментов.

Причина применения: Медицинское оборудование предъявляет крайне высокие требования к стабильности и безопасности электропитания. Печатные платы с толстым медным слоем обеспечивают низкое падение напряжения, высокую теплоотдачу и соответствуют строгим стандартам медицинской отрасли по изоляции и диэлектрической прочности стандартам медицинской промышленности.

Области авиакосмической и военной промышленности

Основные компоненты: бортовая система электропитания, модуль запуска радара, плата управления ракетой, блок электропитания спутника.

Причина применения: для адаптации к экстремальным температурам, сильным вибрациям и радиационной среде высокая механическая прочность и стабильные электрические характеристики печатных плат с толстым медным слоем обеспечивают нормальную работу оборудования в жестких условиях.

Высокомощное потребительское и коммерческое оборудование

Основные компоненты: инвертор накопителя энергии, фотоэлектрический инвертор, плата управления бытовыми приборами высокой мощности (например, индукционные плиты, электродуховки), модуль питания центра обработки данных.

Причина применения: высокомощное оборудование выделяет большое количество тепла и работает при высоких токах. Платы с толстым медным слоем быстро отводят тепло, предотвращают перегрузку и выход из строя цепей, продлевая срок службы оборудования.

Сфера железнодорожного транспорта

Основные компоненты: тяговый преобразователь поезда, система электропитания пути, модуль сигнального управления.

Причина применения: оборудование для железнодорожного транспорта должно выдерживать длительную вибрацию, высокие и низкие температуры, а также частые пуски-остановки с большими токовыми нагрузками. Токопроводящая способность и механическая надежность печатных плат с толстым медным слоем могут удовлетворить этим требованиям.