Plošný spoj s hrubou meďou

PCB s hrubou medenou vrstvou, známa aj ako PCB s hrubým medeným plechom, je špeciálny typ PCB s hrúbkou medienej fólie ≥2 unce (70 μm, čo výrazne prevyšuje bežných 1 uncu/35 μm konvenčných PCB). Bežné špecifikácie sa pohybujú od 2 uncí až po viac ako 10 uncí. Medzi jej základné vlastnosti patrí vyššia nosnosť prúdu, výkon pri odvádzaní tepla a mechanická pevnosť. Na výrobu sú potrebné špeciálne procesy elektrického pokovovania a leptania, aby sa zabezpečila rovnomernosť a adhézia hrubej medi. vrstva. V porovnaní s bežnými doskami plošných spojov majú dosky s hrubou meďou vyššiu vodivosť prúdu (schopné prenášať desiatky až stovky ampérov prúdu), vynikajúcu odvodňovaciu schopnosť tepla a vyššiu náročnosť výrobného procesu. Hlavné uplatnenie nachádzajú v oblastiach, ako sú energetické zariadenia, priemyselné frekvenčné meniče, elektronické riadiace systémy vozidiel novej energie a moduly napájania lekárskych prístrojov, kde sa vyžaduje prenos veľkého prúdu, vysoký výkon alebo silná odvodňovacia schopnosť. Bežné dosky plošných spojov sú väčšinou vhodné pre spotrebnej elektronike a zariadenia s nízkym výkonom.

Kľúčové výhody dosiek s hrubou meďou spočívajú v ich prispôsobení pre scenáre s vysokým prúdom a vysokým výkonom, čo sa konkrétne prejavuje v nasledujúcich aspektoch:

· Mimoriadne vysoká vodivosť prúdu:

Hrúbka medenej vrstvy (≥2 unce) môže prenášať desiatky až stovky ampérov veľkého prúdu, čo je oveľa lepšie ako u bežných DPS. Môže spĺňať požiadavky na prenos prúdu výkonnostných výrobkov, ako sú napájacie zariadenia a nové elektronické riadiace systémy vozidiel s alternatívnym pohonom a zabrániť ohrevu a poškodeniu vedenia spôsobenému preťažením prúdom.

· Vynikajúce odvádzanie tepla:

Meď má vynikajúcu tepelnú vodivosť. Hrubšia medená vrstva je vynikajúcim vodičom tepla a jej účinnosť odvádzania tepla je omnoho vyššia ako u štandardných DPS. Zhrubnuteľná medená vrstva dokáže rýchlo odvádzať teplo vznikajúce pri prevádzke obvodu, efektívne znížiť povrchovú teplotu dosky, minimalizovať poškodenie súčiastok a obvodov spôsobené tepelným starnutím a zvýšiť stabilitu a životnosť výrobku.

· Vyššia mechanická pevnosť:

Ďalšou kľúčovou výhodou vysokomedených dosiek plošných spojov je ich vyššia mechanická pevnosť. Hrubá medená vrstva zvyšuje fyzickú odolnosť DPS, čo ju robí odolnejšou voči ohýbaniu a nárazom, a tým aj odolnejšou voči mechanickým namáhaniam, ako je ohýbanie, vibrácie a mechanické rázy. Dokáže sa prispôsobiť náročným prevádzkovým podmienkam s častými vibráciami, ako sú priemyselné riadiace zariadenia alebo vozidlové prostredia, čím sa zníži riziko prerušenia vedenia.

· Spoľahlivá stabilita elektrickej vodivosti

Hrubá medená vrstva znižuje straty odporom pri prenose prúdu, zníži napätový pokles a zabezpečuje stabilitu prenosu signálu a energie v obvode. Je obzvlášť vhodná pre lekársku techniku a presné priemyselné riadiace systémy s vysokými požiadavkami na presnosť napájania.

· Podpora integrovaného dizajnu:

Môže dosiahnuť integrované rozmiestnenie obvodov s vysokým prúdom a presných signálnych obvodov, čím sa zníži potreba vonkajších chladičov, bočných odporov a iných komponentov, zjednoduší sa štruktúra produktu a zlepší sa využitie priestoru.

· Predlženie životnosti

Vyššia nosnosť prúdu, lepšie riadenie odvádzania tepla a vyššia mechanická pevnosť spoločne predlžujú prevádzkovú životnosť hrubých mediach PCB. Tieto dosky nie sú náchylné na tepelné alebo mechanické poškodenie, čo zaisťuje ich normálnu prevádzku po dlhšiu dobu. Táto spoľahlivosť je rozhodujúca v oblastiach použitia, kde údržba alebo výmena je náročná a drahá, napríklad v leteckej a vesmírnej technike alebo priemyselných prostrediach.

Vzhľadom na veľkú hrúbku mediakovej vrstvy a špecifické aplikačné scenáre dosiek s hrubým mediakom musí byť pri návrhu zohľadnený elektrický výkon, technologická realizovateľnosť a spoľahlivosť. Hlavné aspekty zohľadnenia sú nasledovné:

· Výber hrúbky mediaku:

Špecifikácia hrúbky mediaku by mala byť určená na základe skutočnej nosnosti prúdu a požiadaviek na odvod tepla zariadenia, aby sa predišlo nadmernému navrhovaniu a zvýšeniu nákladov. Vyberte si vhodnú hrúbku mediaku kombinácia s šírkou vodiča a odkaz na prúdový štandard IPC-2221, aby sa zabezpečilo splnenie požiadaviek na prenos špičkového prúdu.

· Návrh trás:

Obvody s vysokým prúdom je potrebné rozšíriť a zhrubnúť, aby sa predišlo prehriatiu spôsobenému nadmernou hustotou prúdu. V miestach prechodu medzi jemnoprstrovými komponentmi a hrubými mediánmi zabezpečte postupné prechody, čím znížite náhlé zmeny impedancie. Po celom procese vyhýbajte sa ostrým uhlom v obvodoch, aby ste predišli nerovnomernému leptaniu alebo koncentrácii elektrických polí, ktoré môžu spôsobiť prerušenie. vyhnite sa ostrým uhlom v obvodoch po celom procese, aby ste predišli nerovnomernému leptaniu alebo koncentrácii elektrických polí, ktoré môžu spôsobiť prerušenie.

· Návrh chladenia:

Pre kľúčové tepelne zaťažené oblasti naplánujte hrubé mediány na odvod tepla alebo rezervujte tepelne vodivé plošky na pripojenie externých chladičov. Teplo sa rozvádza cez viacero vrstiev hrubého mediátu, aby sa zabránilo lokálnemu hromadeniu tepla. Priechodky s vysokým prúdom majú kovovú zhrubnutú alebo viacdierovú paralelnú konštrukciu na zlepšenie odvodu tepla. teplo sa rozvádza cez viacero vrstiev hrubého mediátu, aby sa zabránilo lokálnemu hromadeniu tepla. Priechodky s vysokým prúdom majú kovovú zhrubnutú alebo viacdierovú paralelnú konštrukciu na zlepšenie odvodu tepla.

· Návrh priechodiek a spojov:

Hrubé meďové prechody zväčšujú priemer otvoru a zhrubujú medenú vrstvu na stene otvoru. V prípade potreby je potrebné použiť slepé alebo zarezané otvory alebo otvory naplnené živicou, aby sa zabránilo praskaniu steny otvoru. Pájacie plošky pre komponenty by mali byť primerane zväčšené, aby sa zabezpečila dostatočná adhézia pri pájení s hrubou medenou vrstvou. Oblasť pre pripojenie vysokého prúdu sa vyplní medenou plochou namiesto tenkých vodičov, čím sa zvýši stabilita vedenia prúdu.

· Riadenie impedancie:

Pomocou simulačných softvérov, ako sú Altium a Cadence, sa optimalizuje šírka vodiča, vzdialenosť medzi vodičmi a hrúbka dielektrika, aby sa kompenzoval vplyv hrubých medených vrstiev na charakteristickú impedanciu vodiča. Vysokofrekvenčné signálne vodiče a hrubé medené napájacie vodiče sú usporiadané oddelene, aby sa predišlo elektromagnetickému rušeniu.

· Kompatibilita procesu:

Vzhľadom na vlastnosť hlbokého leptania medi, pri ktorom je náchylné bočné leptanie, sa rezervuje kompenzačná hodnota leptania, aby sa zabezpečila presnosť obvodu. Aby sa zabránilo veľkým plochám súvislej hrubej medi, možno pridať dodatočné drážky alebo dizajn s vyhĺbenými časťami, čím sa zabráni skresleniu dosky plošných spojov (PCB). Prepojenie medzi plôškou a medenou vrstvou používa horúcu plôšku, čo zabraňuje chybnému spájkovaniu spôsobenému sústredením tepla počas spájkovania.

· Mechanická spoľahlivosť:

Rezervujte priestor pre rozšírenie hrubých mediánových DPS v kombinácii so štruktúrou inštalácie zariadenia, aby sa predišlo deformácii spôsobenej zmenami teploty. Vo hranách alebo nosných oblastiach sa pridávajú hrubšie medené vrstvy alebo dodatočné vystuženia na zvýšenie odolnosti voči ohybu a vibráciám, čo z nej robí vhodné riešenie pre náročné prevádzkové podmienky, ako sú vozidlá a priemyselné riadiace systémy.

· Izolácia a výdržné napätie:

Upravte vzdialenosť hrubých mediálnych vodičov podľa požiadaviek na odolnosť voči napätiu zariadenia. V prípadoch vysokého napätia ďalej zvýšte vzdialenosť v súlade so štandardom izolácie IPC-2221. Viacvrstvové hrubé mediálne dosky sú vyrobené z dielektrických materiálov odolných voči vysokému napätiu, aby sa zabránilo prebitiu medzi vrstvami.

· Optimalizácia nákladov:

Hrubý meď sa používa len v kľúčových oblastiach s vysokým prúdom a vysokým odvádzaním tepla, zatiaľ čo v nekľúčových oblastiach sa zachováva štandardná hrúbka medi, čím sa dosiahne rovnováha medzi výkonom a nákladmi. Uprednostňujte použitie osvedčených technologických riešení, ktoré zjednodušujú komplexné štruktúry a znížia straty výrobného výťažku

· Šírka a vzdialenosť vodičov

Šírka a vzdialenosť mediálnych vodičov sú kľúčové faktory. Optimalizácia musí byť vykonaná na základe požiadaviek na vedenie prúdu a celkového rozmiestnenia na doske plošných spojov.

· Použite tepelne vodivé prechody a tepelne vodivé plôšky

Pridanie tepelne vodivých vývrtov a tepelne vodivých podložiek do návrhu môže zlepšiť odvod tepla. Tieto návrhy pomáhajú odvádzať teplo z horúcich miest na doske plošných spojov, čím sa zlepšuje celkové chladenie správa.

Vzhľadom na hrubú medenú vrstvu a špeciálne aplikačné scenáre musí inšpekcia a testovanie dosiek s hrubou medenou vrstvou (hrubé medené DPS) pokrývať tri hlavné roviny: kvalita procesu, elektrický výkon a spoľahlivosť. Základné obsahy sú nasledovné:

Inšpekcia vzhľadu a výrobných chýb

· Kvalita medenej vrstvy: Skontrolujte, či hrubá medená vrstva nemá odlupovanie, praskliny, oxidáciu a či nie sú na okraji vodičov hruby v dôsledku nerovnomerného leptania (musí byť v súlade so štandardom IPC-A-600);

· Plošky a prechody: Overte rovinnosť a priľnavosť plošiek, či hrúbka medi na stenách prechodov spĺňa normy a či neobsahujú dutiny alebo nepresné otvory.

· Deformácia povrchu dosky: Zmerajte krútenie DPS (dosky s hrubou meďou sú náchylné na krútenie v dôsledku napätia medi, ktoré by malo byť obmedzené na 0,75 %) a skontrolujte, či nedošlo k odlupovaniu alebo vzniku bublín.

· Presnosť rozmerov: Skontrolujte kľúčové rozmery, ako je šírka drôtu, vzdialenosť a priemer otvoru, aby sa zabezpečila zhoda s výkresmi návrhu (chyba po kompenzácii leptania hrubých medených spojov by mala byť ≤ ±0,05 mm).

Test elektrických vlastností

· Test vodivosti a izolácie (Hi-Pot test): Izolácia medzi vodičmi sa skenuje pomocou vysokonapäťového izolačného testéra, aby sa zabránilo prerazeniu spôsobenému nedostatočnou vzdialenosťou medzi hrubými medenými vrstvami. Overte vodivosť a odstráňte chyby spôsobené prerušením alebo skratom;

· Test nosnej prúdovej kapacity: Pripojte menovitý prúd za simulovaných reálnych prevádzkových podmienok, sledujte nárast teploty obvodu (pri DPS s hrubou meďou by nárast teploty pri menovitom prúde mal byť ≤ 20 °C), a potvrďte, že neexistuje riziko prehriatia alebo roztavenia.

· Test impedancie: Použite analyzátor impedancie na zistenie charakteristickej impedancie vysokofrekvenčnej signálnej linky, aby ste zabezpečili, že vplyv vrstvy hrubého medi na impedanciu spĺňa návrhové požiadavky (chyba ≤±10%);

· Test poklesu napätia: Zmerajte pokles napätia na vodiči pri prenose vysokého prúdu, aby ste overili výhodu nízkeho odporu vrstvy hrubého medi a predišli stratám napätia, ktoré by mohli ovplyvniť výkon zariadenia.

Automatická optická kontrola (AOI)

Automatická optická kontrola (AOI) využíva pokročilú technológiu zobrazenia na detekciu chýb, ktoré nemusia byť voľným okom viditeľné.

· Vysokorozlišovacie zobrazenie: Systém AOI zachytáva vysokorozlišovacie obrázky dosky plošných spojov a porovnáva ich s návrhovými špecifikáciami.

· Detekcia chýb: Tento systém môže automaticky identifikovať problémy, ako sú skraty, prerušené obvody, zúženie vodičov a nesúosovosť.

· Presnosť: AOI ponúka vysokú presnosť, čo zabezpečuje detekciu a odstránenie aj najmenších chýb.

Test spoľahlivosti

· Test tepelného cyklovania: Cyklový test v rozsahu teplôt od -40 ℃ do 125℃ (≥1000 cyklov) na overenie stability spojenia hrubej medienej vrstvy s substrátom a ploškami bez odlupovania alebo prasklin.

· Test tepelného šoku: Rýchle prepínanie medzi prostredím s vysokou a nízkou teplotou (rozdiel teplôt ≥80℃) na overenie odolnosti DPS voči náhlym zmenám teploty, vhodné pre náročné aplikácie ako sú automobilový priemysel a priemyselné riadenie.

· Test vibrácií a mechanického namáhania: Simulácia vibrácií (frekvencia 5~500 Hz) a nárazov počas prepravy a používania, aby sa skontrolovalo, či nie je hrubá medienna cesta prerušená a či nevypadli výplne otvorov.

· Test odolnosti voči korózii: Odolnosť hrubej medenej vrstvy voči oxidácii a korózii sa overuje pomocou skúšky vystavenia solnému aerosólu (neutral salt spray, 48 až 96 hodín) alebo vlhkému teplu (85 ℃/85 % RH, 1000 hodín).

· Test spoľahlivosti spájkovania: Po dokončení spájkovania SMT/prechodovými kontaktmi sa skontroluje pevnosť spojenia medzi spájkami a hrubými medenými ploškami a zabezpečí sa, že nedochádza k chybnému alebo odtrhnutému spájkovaniu (mikroštruktúra spájkov sa môže analyzovať prostredníctvom metalografických rezov).

Overenie špeciálnych vlastností

· Test výkonu chladenia: Rozloženie teploty dosky plošných spojov (PCB) za plne zaťažených podmienok sa meria termovíznou kamerou za účelom overenia účinnosti odvádzania tepla hrubou medenou vrstvou.

· Test nehorľavosti: Pre vysokovýkonové aplikácie sa trieda nehorľavosti dosky plošných spojov testuje podľa noriem UL94 (minimálne na úrovni V-0);

· Test prilnavosti: Na overenie prilnavosti medzi vrstvou hrubého medi a substrátom sa použije test sto mriežok alebo ťahový test (≥1,5 N/mm).

Dosky plošných spojov s hrubou vrstvou medi majú vysokú nosnosť prúdu, vynikajúcu tepelnú vodivosť a vysokú mechanickú pevnosť, preto sa hlavne používajú v oblastiach vyžadujúcich prenos veľkého prúdu, vysoký výkon alebo náročné prevádzkové podmienky. Základné scenáre sú nasledovné:

V oblasti nových energetických vozidiel

Kľúčové komponenty: Palubný nabíjač, systém riadenia batérie, regulátor motora, DC/DC menič, modul nabíjacej stanice.

Dôvod použitia: Musí prenášať veľké prúdy (desiatky až stovky ampérov), odolávať striedaniu vysokých a nízkych teplôt a vibráciám. Dosky plošných spojov s hrubou vrstvou medi zabezpečujú stabilný prenos energie a efektívne odvádzanie tepla, čo ich robí vhodnými pre náročné podmienky prevádzky vozidiel.

Priemyselná automatizácia a výkonové zariadenia

Základné komponenty: frekvenčný menič, servopohon, zdroj UPS, priemyselný výkonový modul, riadiaca doska vysokonapäťovej rozvádzačovej skrine, hlavná riadiaca doska zváracieho prístroja.

Dôvod aplikácie: Priemyselné riadiace zariadenia často vyžadujú vysoký výkon. Dosky plošných spojov s hrubou meďou môžu znížiť straty odporom vodičov, zabrániť prehriatiu a zároveň odolávať mechanickým vibráciám a elektromagnetickému rušeniu, čím sa zvyšuje spoľahlivosť zariadení.

Oblasť lekárskych prístrojov

Základné komponenty: Lekárske napájacie zdroje, výkonové moduly pre ventilátory, riadiace dosky pre elektrické chirurgické nástroje.

Dôvod aplikácie: Lekárske prístroje kladú mimoriadne vysoké požiadavky na stabilitu a bezpečnosť napájania. Dosky plošných spojov s hrubou meďou umožňujú malý pokles napätia, vysoké odvádzanie tepla a spĺňajú prísne izolačné a vysokonapäťové normy lekárskeho priemyslu.

Oblasť leteckej a vojenskej techniky

Kľúčové komponenty: Palubný zdroj elektrickej energie, modul spúšťania radaru, riadiaca doska riadenej striely, jednotka napájania satelitu.

Dôvod použitia: Aby vyhovoval extrémnym teplotám, silnému vibráciám a radiáciám, vysoká mechanická pevnosť a stabilný elektrický výkon hrubých mediánových DPS zabezpečujú normálny chod zariadenia v extrémnych podmienkach.

Vysokovýkonné spotrebné a komerčné zariadenia

Kľúčové komponenty: Invertor na ukladanie energie, fotovoltický invertor, riadiaca doska pre vysokovýkoné domáce spotrebiče (napr. indukčné varné dosky, elektrické rúry), modul napájania dátového centra.

Dôvod použitia: Vysokovýkonové zariadenia vyvíjajú veľa tepla a majú vysoký prúd. Hrubé mediánové DPS dokážu rýchlo odvádzať teplo, zabraňujú preťaženiu a prehriatiu obvodu a predlžujú životnosť zariadenia.

Oblasť železničnej dopravy

Kľúčové komponenty: Tahačový menič vlaku, traťový systém napájania, modul riadenia signálu.

Dôvod použitia: Zariadenia pre koľajovú dopravu musia odolávať dlhodobému otriasaniu, vysokým a nízkym teplotám a častým nárazom veľkého prúdu pri štarte a zastavení. Nosná schopnosť prúdu a mechanická spoľahlivosť hrubých mediánových dosiek plošných spojov môže tieto požiadavky spĺňať.