Tiskana vezja z debelo bakreno prevodno folijo

PCB z debelim bakrom, imenovan tudi PCB z debelo bakreno folijo, je posebna vrsta tiskanega vezja z debelino bakrene folije ≥2 oz (70 μm), kar znatno presega običajnih 1 oz/35 μm pri konvencionalnih tiskanih vezjih. Pogoste specifikacije segajo od 2 oz do več kot 10 oz. Njegove glavne značilnosti so večja nosilna zmogljivost toka, izpust toplote in mehanska trdnost. Za proizvodnjo so potrebni posebni postopki galvaniziranja in graviranja, da se zagotovi enakomernost in oprijem debele bakrene plasti. plast. V primerjavi z običajnimi tiskanimi vezji, imajo tiskana vezja s težkim bakrom večjo zmogljivost prenašanja toka (zmožna prenašati desetke do stotine amperov toka), odlično razprševanje toplote ter višjo zahtevnost izdelave. Glavno uporabo najdejo v scenarijih, kot so električne naprave, frekvenčni pretvorniki za industrijsko krmiljenje, elektronski sistemi za nadzor novih energij v vozilih in moduli napajanja medicinske opreme, ki zahtevajo prenos velikega toka, visok izhod moči ali močno razprševanje toplote. Običajna tiskana vezja so večinoma primerna za potrošniško elektroniko in naprave z nizko porabo moči.

Ključne prednosti tiskanih vezij s tanko medeno plastjo segajo predvsem v njihovo prilagodljivost visokonapetostnim in visokomočnim scenarijem, kar se posebej kaže v naslednjih vidikih:

· Izjemna zmogljivost prenašanja toka:

Debeli bakreni sloj (≥2 oz) lahko prenaša desetine do stotine amperov velikega toka, kar je zelo boljše od običajnih tiskanih vezij. Zadostuje za prenos toka visoko zmogljivih izdelkov, kot so napajalne naprave in nova elektronski krmilni sistemi za vozila na novo energijo ter preprečuje segrevanje in požige linij zaradi preobremenitve s tokom.

· Odlična razprševanja toplote:

Baker ima odlično toplotno prevodnost. Debeli bakreni sloj je odličen toplotni vodnik, njegova učinkovitost pri odvajanju toplote pa je veliko višja kot pri standardnih tiskanih vezjih. Debelejši bakreni sloj hitro odvaja toploto ki nastane med delovanjem vezja, učinkovito zmanjšuje temperaturo površine plošče, zmanjšuje škodo na komponentah in vezjih, ki jo povzroča termično staranje, ter izboljšuje stabilnost in življenjsko dobo izdelka.

· Višja mehanska trdnost:

Druga ključna prednost visokomediških tiskanih vezov je njihova višja mehanska trdnost. Debeli medični sloj poveča fizično izdržljivost tiskanega vezja, kar ga naredi bolj odpornega na upogibanje in udarce ter zato bolj sposobnega prenašati mehanske obremenitve, kot so upogibanje, vibracije in mehanski šok. Lahko se prilagodi trdim delovnim pogojem z pogostimi vibracijami, kot so industrijska krmilna oprema in vozila, ter zmanjša tveganje preloma vodnikov.

· Zanesljivost stabilne električne prevodnosti

Debeli medični sloj zmanjša izgube upora med prenosom toka, zmanjša padec napetosti in zagotavlja stabilnost prenosa signala in moči v vezju. Zlasti primerno za medicinsko opremo in točna industrijska krmilna sistema z visokimi zahtevami za natančnost napajanja.

· Podpora integriranemu dizajnu:

Omogoča integrirano postavitev tokokrogov z visokim tokom in natančnih signalnih tokokrogov, kar zmanjša potrebo po zunanjih toplotnih izmenjevalnikih, šuntih in drugih komponentah, poenostavi strukturo izdelka ter izboljša izkoriščenost prostora.

· Podaljša življenjsko dobo

Višja nosilna zmogljivost toka, boljše upravljanje odvajanja toplote in večja mehanska trdnost skupaj podaljšajo življenjsko dobo debele bakrene tiskane vezne plošče (thick copper PCB). Te tiskane vezne plošče niso naklonjene toplotnim ali mehanskim poškodbam, s čimer zagotavljajo normalno delovanje daljši čas. Ta zanesljivost je izjemnega pomena v področjih uporabe, kjer je vzdrževanje ali zamenjava težko izvedljivo in dragovrazno, kot na primer v vesoljski industriji ali industrijskem okolju.

Ker imajo debele bakrene plošče zaradi velike debeline bakrenih slojev in posebnih primerov uporabe posebne zahteve, mora biti v načrtovanju upoštevana električna učinkovitost, izvedljivost procesa in zanesljivost. Osnovna vprašanja so naslednja:

· Izbira debeline bakra:

Debelino bakra je treba določiti na podlagi dejanske zmogljivosti prenosa toka in zahtev za odvajanje toplote opreme, da se izognemo prekomernemu načrtovanju in povečanju stroškov. Prilagodite debelino bakra v kombinacija s širino ploščice in sklicevanje na tokovni standard IPC-2221 za zagotavljanje, da so izpolnjeni zahtevani pogoji za prenos največjega toka.

· Načrtovanje poti:

Omočne tokokroge je treba razširiti in debelejšati, da se prepreči pregrevanje zaradi previsoke gostote toka. Na priključkih med drobnim korakom komponent in debelimi bakrenimi vezji izvedite postopne prehode, da zmanjšate nenadne spremembe impedanc. Med celotnim procesom se izogibajte ostrim kotom vezij, da preprečite neenakomerno jemanje ali koncentrirana električna polja, ki bi lahko povzročila prebije.

· Načrtovanje odvajanja toplote:

Za ključna območja, ki oddajajo toploto, načrtujte debele bakrene površine za odvajanje toplote ali rezervirajte toplotno vodne podložke za priklop na zunanje naprave za hlajenje. Toplota se razprši prek več debelih bakrenih slojev, da se prepreči lokalno kopičenje toplote. Prebustne vodnike (vias) izvedite z metaliziranim debelejšim ali večdružnim vzporednim načrtovanjem za izboljšano odvajanje toplote.

· Načrtovanje prebustnih vodnikov in priključkov:

Debeli bakreni prebusti povečajo premer luknje in zadebelejo bakreno plast na steni luknje. Ko je potrebno, je treba uporabiti slepe ali zakopane luknje oziroma smolne zapore, da se prepreči razpoke na steni luknje. Plošče za vpenjanje komponent je treba ustrezno povečati, da se zagotovi varna zvarna povezava s tanko bakreno plastjo. Področje visokonapetostne povezave je izpolnjeno z bakrom namesto z tankimi žicami, da se izboljša stabilnost nosilnosti toka.

· Nadzor impedanc:

Z uporabo programske opreme za simulacijo, kot sta Altium in Cadence, se optimizirajo širina črt, razdalje in debelina dielektrika, da se nevtralizira vpliv debelih bakrenih plasti na karakteristično impedanco črte. Vodniki visokofrekvenčnih signalov in debelih bakrenih napajalnih vodnikov so ločeni, da se izognemo elektromagnetnim motnjam.

· Kompatibilnost procesa:

Glede na značilnost, da je pri večjih bakrenih slojih pogosto stransko izpiranje, se doda kompenzacijska količina za zagotavljanje natančnosti vezja. Da se izognemo velikim površinam neprekinjenega debelega bakra, je mogoče dodati dodatne žlebove ali konstrukcije z izdolbinkami, da se prepreči upogibanje tiskanega vezja. Povezava med ploščico in bakrenim slojem uporablja vročo ploščico, da se prepreči lažno lotenje, ki bi lahko nastalo zaradi koncentracije toplote med lotenjem.

· Mehanska zanesljivost:

Za debeloplastna tiskana vezja je potrebno predvideti dopust za raztezanje v kombinaciji s strukturo namestitve opreme, da se izogne deformacijam zaradi temperaturnih sprememb. Na robovih ali območjih, ki prevzemajo obremenitev, se dodajo debeljani bakreni sloji ali dodatni okrepitveni rebri za izboljšanje odpornosti proti upogibanju in vibracijam, kar omogoča uporabo v težkih delovnih pogojih, kot so vozila in industrijski nadzorni sistemi. rob ali območja, ki prevzemajo obremenitev, da se izboljša odpornost proti upogibanju in vibracijam, primerno za trdo delovno okolje, kot so vozila in industrijski nadzorni sistemi.

· Izolacija in električni preboj:

Prilagodite razmik debele bakrene žice glede na zahteve opreme za odpornost proti napetosti. V primerih visoke napetosti povečajte razmik dodatno v skladu s standardom IPC-2221 za izolacijo. Večplastne plošče z debelimi bakrenimi prevodniki so izdelane iz dielektričnih materialov, odpornih proti visoki napetosti, da se prepreči preboj med plastmi.

· Optimizacija stroškov:

Debel bakreni sloj se uporablja le v ključnih območjih z visokim tokom in odvajanjem toplote, medtem ko se v neključnih območjih ohranja standardna debelina bakra, da se uravnoteži zmogljivost in stroški. Prednost dajte uporabi zrelih tehnoloških rešitev, da poenostavite zapletene strukture in zmanjšate izgube donosa pri proizvodnji

· Širina in razmik vodnikov

Širina in razmik bakrenih žic sta ključna dejavnika. Optimizacija mora biti izvedena na podlagi zahtev za nosilnost toka in splošnega postopka razporeditve na tiskanini.

· Uporaba toplotno prevodnih prehodov in toplotno prevodnih ploščic

Dodajanje toplotno prevodnih prehodov in toplotno prevodnih podstavkov v zasnovi lahko izboljša učinek odvajanja toplote. Te zasnove pomagajo odvajati toploto sročišč na tiskanem vezju, s čimer se izboljša splošno odvajanje toplote upravljanje.

Zaradi debele bakrenine in posebnih scenarijev uporabe mora pregled in testiranje debeložičnih tiskanih vezij (tiskana vezja s trdno bakreno plastjo) zajemati tri glavne dimenzije: kakovost procesa, električne lastnosti in zanesljivost. Osnovna vsebina je naslednja:

Pregled videza in napak pri procesu

· Kakovost bakrene plasti: Preverite, ali ima debela bakrena plast odlupitve, razpoke, oksidacijo ter ali obstajajo drobovje na robovih tirnic zaradi neenakomernega graviranja (mora biti v skladu s standardom IPC-A-600);

· Ploščice in prehodi: Preverite ravnan in oprijem ploščic, ali debelina bakrene plasti na stenah prehodov ustreza standardom ter ali obstajajo praznine ali napačno poravnani prehodi.

· Deformacija površine plošče: Izmerite ukrivljenost tiskanega vezja (tiskana vezja s tanko bakreno plastjo so nagnjena k ukrivljanju zaradi napetosti v bakreni plasti, kar je treba omejiti na največ 0,75 %) in preverite prisotnost razplastitve ali mehurčkov.

· Natančnost dimenzij: Preverite ključne mere, kot so širina tirnice, razmik in premer lukenj, da zagotovite skladnost z risbami (napaka po kompenzaciji graviranja za debele bakrene tirnice mora biti ≤ ±0,05 mm).

Preizkus električnih lastnosti

· Preizkus prevodnosti in izolacije (Hi-Pot test): Izolacija med tirnicami se preverja s testerjem visoke napetosti, da se prepreči preboj zaradi premajhnega razmika med debelimi bakrenimi plastmi. Preverite prevodnost in odpravite napake odprtih in kvarov kratkega stika;

· Preizkus nosilnosti toka: Priključite nazivni tok v simuliranih dejanskih delovnih pogojih, spremljajte dvig temperature vezja (pri tiskanih vezjih z debelo bakreno plastjo naj bo dvig temperature pri nazivnem toku ≤ 20 °C), in potrdite, da ni nevarnosti prekomernega segrevanja ali taljenja.

· Preizkus impedancije: Uporabite analizator impedance za zaznavanje karakteristične impedance visokofrekvenčne signalne linije, da zagotovite, da vpliv debele bakrenine na impedanco ustreza konstrukcijskim zahtevam (napaka ≤±10%);

· Preizkus padca napetosti: Izmerite padec napetosti na liniji pri prenosu visokega toka, da preverite prednost nizke upornosti debele bakrenine in se izognete izgubi napetosti, ki bi vplivala na zmogljivost opreme.

Samodejna optična kontrola (AOI)

Samodejna optična kontrola (AOI) uporablja napredno tehnologijo slikanja za zaznavanje napak, ki jih lahko nevidne s prostim očesom.

· Slikanje z visoko ločljivostjo: Sistem AOI zajame slike visoke ločljivosti tiskanega vezja in jih primerja s konstrukcijskimi specifikacijami.

· Zaznavanje napak: Ta sistem samodejno prepozna težave, kot so kratek stik, odprt tokokrog, tanjšanje sledi in nepravilno poravnavo.

· Natančnost: AOI ponuja visoko natančnost, kar zagotavlja, da se celo najmanjše napake zaznajo in odpravijo.

Preizkus zanesljivosti

· Preizkus toplotnega cikliranja: Ciklični preizkus v območju temperatur od -40 ℃ do 125 ℃ (≥1000 ciklov) za preverjanje stabilnosti povezave debele bakrene plasti s podlago in kontakti, brez odlaminacije ali razpok.

· Preizkus toplotnega šoka: Hitro preklopljanje med visoko in nizko temperaturo (razlika v temperaturi ≥80 ℃) za preverjanje odpornosti tiskanega vezja na nenadne spremembe temperature, primerno za zahtevne pogoje, kot so avtomobilska industrija in industrijsko krmiljenje.

· Preizkus vibracij in mehanske trdnosti: Simulacija vibracij (frekvenca 5~500 Hz) in udarcev med prevozom in uporabo za preverjanje, ali je debela bakrenina prekinjena in ali so prehodni kontakti odpali.

· Test odpornosti proti koroziji: Preverite odpornost debeline bakrenega sloja na oksidacijo in korozijo s pomočjo preizkusa z razprševanjem soli (nevtralna razprševanje soli, 48 do 96 ur) ali preizkusa vlažnega toplote (85 °C/85 % RH, 1000 ur).

· Test zanesljivosti lemljenja: Po dokončanem SMT/lemljenju skozi luknje preverite vezno trdnost med lotnimi spoji in debelimi bakrenimi ploščicami ter zagotovite, da ni lažnega lemljenja ali odlemljenja (mikrostruktura lotnih spojev se lahko analizira s kovinskih presekov).

Preverjanje posebnih zmogljivosti

· Test toplotne razporeditve: Porazdelitev temperature tiskane vezice pri polni obremenitvi je bila zaznana s termovizorjem za preverjanje učinka toplotne razporeditve debeloga bakrenega sloja.

· Test požarne upornosti: Za visokonapetostne aplikacije se požarna upornost tiskane vezice testira v skladu s standardom UL94 (vsaj raven V-0);

· Test adhezije: Uporabljen je test s stotimi mrežami ali vlečni test za preverjanje adhezije med debelim bakrenim slojem in podlago (≥1,5 N/mm).

Tiskana vezja s tanko bakreno plastjo, ki imajo močno zmogljivost prenosa toka, odlično toplotno razprševanje in visoko mehansko trdnost, se uporabljajo predvsem v področjih, ki zahtevajo prenos velikih tokov, visok izhod moči ali trdne delovne pogoje. Osnovni scenariji so naslednji:

Na področju novih energetskih vozil

Ključne komponente: Ovitni polnilec, sistem za upravljanje baterij, krmilnik motorja, DC/DC pretvornik, modul polnilnega stebra.

Razlog za uporabo: Potreben je za prenašanje velikih tokov (desetine do stotine amperov), za prenašanje izmeničnih visokih in nizkih temperatur ter vibracij. Tiskana vezja s debelo bakreno plastjo zagotavljajo stabilen prenos električne energije in učinkovito razprševanje toplote, ter so primerna za trde pogoje v vozilih.

Industrijsko krmiljenje in napajalna oprema

Osnovni sestavni deli: frekvenčni pretvornik, servo pogon, neprekinjeno napajanje (UPS), industrijski močnostni modul, krmilna plošča visokonapetostne razdelilne omarice, glavna krmilna plošča varilnega aparata.

Razlog za uporabo: Industrijska krmilna oprema pogosto zahteva visoko izhodno moč. Plošče s tanko pozico lahko zmanjšajo izgube zaradi upora v vodnikih, preprečijo pregrevanje ter hkrati upirajo mehanskim vibracijam in elektromagnetnim motenjam, s čimer povečajo zanesljivost opreme.

Področje medicinske opreme

Osnovni sestavni deli: Napajalniki za medicinsko opremo, močnostni moduli za ventilatorje, krmilne plošče za elektrokirurške instrumente.

Razlog za uporabo: Medicinska oprema ima zelo visoke zahteve glede stabilnosti in varnosti napajanja. Plošče s tanko pozico omogočajo majhen padec napetosti, učinkovito odvajanje toplote ter izpolnjujejo stroga standarda medicinske industrije za izolacijo in izdržni napetosti standardov medicinske industrije.

Področja letalske in vesoljske ter vojaške industrije

Osnovni sestavni deli: Zračni napajalni sistem, modul za izstrelitev radarskega sistema, nadzorna plošča za raketno krmiljenje, enota za napajanje s satelitom.

Razlog za uporabo: Za prilagoditev ekstremnim temperaturam, močnim vibracijam in sevanju okolja lahko visoka mehanska trdnost in stabilne električne lastnosti PCB-jev s tanko pozico zagotovijo normalno delovanje opreme pri ekstremnih pogojih.

Visokonapetostna potrošniška in komercialna oprema

Osnovni sestavni deli: Invertor za shranjevanje energije, fotonapetljiv invertor, nadzorna plošča za visokonapetostne gospodinjske aparate (npr. indukcijski kuhalniki, električne pečice), napajalni modul za center podatkov.

Razlog za uporabo: Visokonapetostna oprema proizvaja veliko toplote in ima visok tok. PCB-ji s tanko pozico lahko hitro odvajajo toploto, preprečujejo preobremenitev in pregrevanje vezij ter podaljšujejo življenjsko dobo opreme.

Področje železniškega prometa

Osnovni sestavni deli: Pretvornik za vleko vlakov, tirni napajalni sistem, modul za krmiljenje signalov.

Razlog za uporabo: Oprema za železniški prevoz mora zdržati dolgotrajno vibracije, visoke in nizke temperature ter pogoste sunkovite tokove pri zagonu in ustavljanju. Nosilna zmogljivost toka in mehanska zanesljivost debele bakrene tiskane vezave lahko izpolnjuje to zahtevo.