Штампани кола са дебелом бакарном фолијом

PCB са дебелим бакром, познат и као PCB са дебелим бакром, посебна је врста PCB-а са дебљином фолије од ≥2унце (70μм), што значајно премашује стандардних 1унце/35μм код конвенционалних PCB-а. Уобичајене спецификације крећу се од 2унце до више од 10унце. Његове основне карактеристике су већа струјна проводност, перформансе расипања топлоте и механичка чврстоћа. За производњу су потребни посебни процеси електролизе и трављења како би се осигурала равномерност и адхезија дебелог бакра слој. У поређењу са обичним ППМ, ППМ са дебелим бакром има јачу способност преношења струје (способан да пренесе десетине до стотине ампера струје), изузетно расипање топлоте и виши степен технолошке израде. Најчешће се користе у ситуацијама као што су енергетска опрема, индустријски контролни фреквенцијски конвертери, системи за електронску контролу нових електромобила и медицинска опрема са модулом напајања који захтевају пренос велике струје, висок исход снаге или јако расипање топлоте. Обични ППМ најчешће су погодни за потрошачку електронику и уређаје са ниском снагом.

Кључне предности ППМ-а са дебелим бакром фокусирају се на њихову прилагођеност сценаријима са великим струјама и високом снагом, што се конкретно огледа у следећим аспектима:

· Изузетно јака способност преношења струје:

Дебљи слој бакра (≥2oz) може пренети струју од десетина до стотине ампера, што је знатно боље у односу на обичне штампане плоче. Ово задовољава захтеве за преносом струје код високих снага као што су енергетски уређаји и нови електронски системи управљања возилима на алтернативну енергију, и спречава загревање и прегоревање линија услед прекомерног оптерећења струјом.

· Изузетна перформанса расипања топлоте:

Бакар има изузетну топлотну проводљивост. Дебљи слој бакра је одличан проводник топлоте, а ефикасност расипања топлоте му је много већа него код стандардних штампаних плоча. Задебљани слој бакра може брзо да отклони топлоту која настаје током рада кола, ефикасно смањујући површинску температуру плоче, минимизирајући оштећења компоненти и кола услед термичког старења, чиме се побољшава стабилност и век трајања производа.

· Већа механичка чврстоћа:

Још једна предност високомедних ППМ-ова је већа механичка чврстоћа. Дебели слој бакра побољшава физичку отпорност ППМ-а, чинећи га отпорнијим на савијање и удараце, те способнијим да издржи физичка оптерећења као што су савијање, вибрације и механичке трусове. Може се прилагодити неповољним радним условима са честим вибрацијама, као што су индустријска контролна опрема и возилски системи, смањујући ризик прекида линије.

· Поузданост стабилне електричне проводљивости

Дебели слој бакра смањује губитак отпора током преноса струје, смањује пад напона и осигурава стабилност преноса сигнала и енергије у колу. Посебно је погодан за медицинску опрему и прецизне системе индустријске контроле који имају високе захтеве у погледу тачности напајања.

· Подршка за интегрисани дизајн:

Може да постигне интегрисану компоновку кола за велике струје и прецизних сигнала, смањујући потребу за спољашњим хладњацима, шунтовима и другим компонентама, поједностављујући структуру производа и побољшавајући искоришћење простора.

· Проужи век трајања

Већа способност вођења струје, боље управљање расипањем топлоте и већа механичка чврстоћа заједно продужују век трајања траке од дебеле бакарне фолије. Ове штампане плоче нису склоне топлотном или механичком оштећењу, чиме се осигурава њихово нормално функционисање дуже време. Ова поузданост има кључан значај у областима примене где је одржавање или замена тешко и скупо, као што су аеропростор или индустријски услови.

Због велике дебљине бакарног слоја и посебних сценарија употребе дебелих бакарних ППП-ова, пројектовање мора узети у обзир електричне перформансе, изводљивост процеса и поузданост. Основна разматрања су следећа:

· Избор дебљине бакра:

Спецификација дебљине бакра треба да се одреди на основу стварне способности преноса струје и захтева за хлађењем опреме како би се избегло прекомерно пројектовање и повећање трошкова. Ускладити дебљину бакра у комбинацији са ширином линије и погледати IPC-2221 стандард за пренос струје како би се осигурало испуњавање захтева за пренос вршне струје.

· Пројектовање путање:

Кола са великим струјама треба проширити и здебљати како би се спречило прегревање услед превисоке густине струје. На спојевима компоненти са малим размаком и дебелим бакарним колима изведите постепене преlазе ради смањења наглих промена импедансе. Избегавајте кола са оштрим угловима током целог процеса како бисте спречили неједнако трећење или концентрисана електрична поља која могу узроковати квар.

· Пројектовање расипања топлоте:

За кључне делове који генеришу топлоту, планирајте дебела бакарна подручја за расипање топлоте и наношење бакра, односно оставите топлотно вођене подлоге за повезивање са спољашњим уређајима за хлађење. Топлота се распрши преко више дебелих бакарних слојева како би се спречило локално накупљање топлоте. Вијци за велике струје имају металлизовано здебљану конструкцију или више паралелних отвора ради побољшања расипања топлоте.

· Пројектовање вијака и веза:

Дебеле бакарне вије повећавају пречник отвора и дебљину бакарног слоја на зиду отвора. Када је неопходно, треба користити слепе и угњежђене отворе или запушаче од смоле како би се спречило пуцање зида отвора. Површине за лемљење прикључних компоненти треба одговарајуће повећати ради осигурања адхезије лема са дебелим бакарним слојем. Подручје високе струје попуњено је бакром уместо танким жицама ради побољшања стабилности провођења струје.

· Контрола импедансе:

Помоћу софтвера за симулацију као што су Altium и Cadence, оптимизују се ширине линија, размаци и дебљина диелектрика како би се нивелисао утицај дебелих бакарних слојева на карактеристичну импедансу линије. Линије високих фреквенција и дебеле бакарне напонске линије постављају се одвојено да би се избегло електромагнетно међусобно деловање.

· Компатибилност процеса:

S obzirom na karakteristiku da je debelo bakarno izrada sklon bočnom izrada, predviđena je kompenzacija izrada kako bi se osigurala tačnost kola. Kako bi se izbeglo veliko područje kontinuiranog debelog bakra, mogu se dodati dodatni žlebovi ili izdubljene konstrukcije kako bi se sprečilo izobličenje PCB-a. Veza između pad-a i bakarne slojeve koristi strukturu tople ploče kako bi se sprečilo lažno lemljenje uzrokovano koncentracijom toplote tokom lemljenja.

· Mehanička pouzdanost:

Predvideti rezervu za širenje za debelo bakarne PCB-ove u kombinaciji sa strukturom instalacije opreme kako bi se izbeglo izobličenje uzrokovano promenama temperature. Podebljani bakarni slojevi ili dodatne učvršćene rebra se dodaju na ivice ili nosive površine kako bi se povećala otpornost na savijanje i vibracije, što ih čini pogodnim za teške radne uslove kao što su vozila i industrijski kontrolni sistemi.

· Izolacija i napon izdržljivosti:

Подесите размак дебелих бакарних линија према захтевима опреме за отпорност на напон. У ситуацијама са високим напоном, даље повећајте размак у складу са стандардом за изолацију IPC-2221. Вишеслојне бакарне штампане плоче направљене су од диелектричних материјала отпорних на висок напон како би се спречило продирање између слојева.

· Оптимизација трошкова:

Дебели бакар се користи само у кључним областима са великим струјама и великом дисипацијом топлоте, док се у некључним областима задржава стандардна дебљина бакра ради равнотеже између перформанси и трошкова. Дајте предност употреби зрелих процесних решења како бисте поједноставили сложене структуре и смањили губитке при производњи

· Ширина и размак линија

Ширина и размак бакарних жица су кључни фактори. Оптимизација мора се извршити на основу захтева за провођење струје и укупне компонове штампане плоче.

· Користите термичке звоњасте отворе и термичке подлоге

Додавањем термички проводних вија и термички проводних подлога у дизајн може се побољшати ефекат расипања топлоте. Ови дизајни помажу у расипању топлоте са тачака прегревања на штампаној плочи, чиме се побољшава опште хлађење upravljanje.

Због дебелог слоја бакра и специјалних услова употребе, испитивање и тестирање штампаних плоча са дебелим бакром (PCB-ови са дебелим бакром) мора да обухвати три главна аспекта: квалитет процеса, електричне карактеристике и поузданост. Основни садржаји су следећи:

Контрола изгледа и технологијских недостатака

· Квалитет слоја бакра: Проверити да ли има одвајања, пукотина или оксидације дебелог слоја бакра, као и да ли постоје бртови на ивицама линија услед неједнаког трављења (мора бити у складу са IPC-A-600 стандардом);

· Подлоге и вијеви: Проверити равност и прилијегање подлога, дебљину слоја бакра на зидовима вијева, као и постојање празнина или неусаглашености отвора.

· Deformacija površine ploče: Izmeriti izobličenje PCB-a (PCB-ovi sa debelim bakrom skloni su izobličenju usled napona u slojevima bakra, što treba kontrolisati unutar 0,75%) i proveriti odlepljivanje ili mehuriće.

· Tačnost dimenzija: Proveriti ključne dimenzije kao što su širina trake, razmak i prečnik rupa kako bi se osigurala saglasnost sa konstrukcionim crtežima (greška nakon kompenzacije za vreme trajanja procesa za deblje bakarne trake treba da bude ≤±0,05 mm).

Test električnih performansi

· Test provodljivosti i izolacije (Hi-Pot test): Izolacija između traka se ispituje pomoću tester za visoki napon kako bi se sprečio proboj uzrokovan nedovoljnim razmakom između debelih bakarnih slojeva. Proveriti provodljivost i otklanjanje kvarova kod prekida i kratkih spojeva;

· Test nosivosti struje: Primena naznačene struje pod simuliranim stvarnim radnim uslovima, praćenje porasta temperature u kolu (za PCB-ove sa debelim bakrom, porast temperature pri naznačenoj struji treba da bude ≤20℃), i потврдите да не постоји опасност од прекогревања или топљења.

· Тест импедансе: Искористите анализатор импедансе да детектујете карактеристичну импедансу високofреквенцне сигнале линије како бисте осигурали да утицај дебелог слоја бакра на импедансу испуњава пројектне захтеве (грешка ≤±10%);

· Тест пада напона: Измерите пад напона на линији при преносу великог струјног напона како бисте потврдили предност ниског отпора дебелог бакраног слоја и избегли губитак напона који утиче на перформансе опреме.

Аутоматска оптичка инспекција (АОИ)

Аутоматска оптичка инспекција (АОИ) користи напредну технологију снимања да детектује недостатке који могу бити невидљиви голим оком.

· Снимци високе резолуције: АОИ систем упушта слике високе резолуције ПЦБ-а и упоређује их са пројектним спецификацијама.

· Детекција недостатака: Овај систем може аутоматски препознати проблеме као што су кратки спојеви, прекиди стаза, истањивање стаза и неусаглашеност.

· Прецизност: AOI нуди високу прецизност, чиме се осигурава откривање и отклањање чак и најмањих недостатака.

Test pouzdanosti

· Тест термалног циклирања: Циклус тест у опсегу температуре од -40 ℃ до 125℃ (≥1000 пута) ради провере стабилности везивања дебелог слоја бакра за супстрат и подлоге, без одламбања или пукотина.

· Тест термалног шока: Брзо пребацивање између високих и ниских температурних средина (разлика температуре ≥80℃) ради провере отпорности ППП-а на нагле промене температуре, погодно за екстремне услове као што су аутомобилска и индустријска контрола.

· Тест вибрација и механичке чврстоће: Симулација вибрација (учестаност 5~500Hz) и удара током транспорта и употребе ради провере да ли је дебела бакарна стаза прекинута и да ли су проводни отвори отпадали.

· Тест отпорности на корозију: Провера отпорности на оксидацију и корозију дебелог слоја бакра помоћу теста прскања соленом водом (неутрално прскање, 48 до 96 сати) или теста влажне топлоте (85℃/85% RH, 1000 сати).

· Тест поузданости лемљења: Након завршетка SMT/лемљења кроз отворе, проверити чврстоћу везе између лемних спојева и дебелих бакарних површина и обезбедити да не постоји лоше лемљење или одвајање (микроструктура лемних спојева може се анализирати преко металографских пресека).

Потврђивање специјалних карактеристика

· Тест перформанси хлађења: Расподела температуре на ППС-у у условима максималног оптерећења детектована је термалним камерама ради провере ефекта хлађења дебелог бакарног слоја.

· Тест отпорности на запаљење: За примене са великим снагама, ниво отпорности на запаљење ППС-а тестира се у складу са UL94 стандардима (најмање ниво V-0);

· Тест адхезије: Примењује се тест стотинитог око или истегљивост да би се проверила веза између слоја дебеле бакарне фолије и подлоге (≥1,5 N/mm).

Штампана кола са дебелом бакарном фолијом, због своје велике способности преношења струје, одличног расипања топлоте и високе механичке чврстоће, користе се у пољима која захтевају пренос великог струјног капацитета, високу снагу или тешке радне услове. Основни сценарији су следећи:

У области возила на нову енергију

Кључни компоненти: пуњач у возилу, систем управљања батеријом, контролер мотора, DC/DC конвертор, модул пумпе за пуњење.

Разлог примене: Мора да пренесе велике струје (десетине до стотине ампера), издржи алтернативне високе и ниске температуре и вибрације. Штампана кола са дебелом фолијом осигуравају стабилан пренос енергије и ефикасно хлађење, што је погодно за тешке услове рада у возилима.

Индустријско управљање и енергетска опрема

Кључни компоненти: регулатор фреквенције, серво погон, ИБП напајање, индустријски модул напајања, контролна табла високонапонске разводне кабине, главна контролна табла електро-заваривача.

Разлог примене: Индустријска контролна опрема често захтева велики излаз снаге. ППЦ са дебелим бакром могу смањити губитак услед отпора стаза, спречити прегревање, као и отпорити механичким вибрацијама и електромагнетним сметњама, чиме се повећава поузданост опреме.

Област медицинске опреме

Кључни компоненти: Напајања за медицинску опрему, модули напајања вентилатора, контролне табле за електрохируршке инструменте.

Разлог примене: Медицинска опрема има веома строге захтеве у погледу стабилности и сигурности напајања. ППЦ са дебелим бакром омогућавају мали пад напона, високу дисипацију топлоте и испуњавају строге стандарде изолације и отпорности на напон медицинске индустрије.

Аеросвемирска и војна индустрија

Кључни компоненти: Систем напајања у ваздуху, модул за лансирање радара, контролна плоча ракете, јединица за напајање сателита.

Разлог примене: Да би се прилагодило екстремним температурама, јаким вибрацијама и радијацији, велика механичка чврстоћа и стабилна електрична перформанса тракастих ППС-а омогућавају нормално функционисање опреме у тешким условима.

Опрема за високе потрошаче и комерцијалну употребу

Кључни компоненти: Инвертор за складиштење енергије, фотоволтаички инвертор, контролна плоча за апарате високе снаге (као што су индукционо кувалице, електричне рерне), модул напајања података центра.

Разлог примене: Опрема високе снаге генерише много топлоте и има високу струју. Тракасти ППС-и могу брзо расипати топлоту, спречити прекорачење и прегревање кола и продужити век трајања опреме.

Област железничког саобраћаја

Кључни компоненти: Тракцијски конвертор воза, систем напајања колосека, модул контроле сигнала.

Разлог примене: Опрема за гужвождени престран мора да издржи дуготрајна вибрација, високе и ниске температуре и честе ударе великим струјама при покретању и заустављању. Способност провођења струје и механичка поузданост ППК са дебелим бакром може да испуни овај захтев.