Kalın Bakır PCB

Heavy Copper PCB, kalın bakır PCB olarak da bilinir ve ≥2oz (70μm) bakır folyo kalınlığına sahip, geleneksel PCB'lerin 1oz/35μm değerini aşan özel bir PCB türüdür. Yaygın özellikleri 2oz'den 10oz'ü aşacak şekilde değişir. Temel özellikleri daha güçlü akım taşıma kapasitesi, ısı dağıtım performansı ve mekanik dayanımdır. Üretiminde kalın bakırın homojenliğini ve yapışıklığını sağlamak üzere özel elektrokaplama ve aşındırma süreçleri gereklidir. katman. Sıradan PCB'lerle karşılaştırıldığında, ağır bakır PCB'ler daha güçlü akım taşıma kapasitesine (onlarca ila yüzlerce amperlik akımı taşıyabilme kabiliyeti), mükemmel ısı dağılımına ve daha yüksek işlem zorluğuna sahiptir. Bunlar özellikle büyük akım iletimi, yüksek güç çıkışı veya güçlü ısı dissipation gerektiren güç ekipmanları, endüstriyel kontrol frekans dönüştürücüleri, yeni nesil elektrikli araç elektronik kontrol sistemleri ve tıbbi cihaz güç modülleri gibi uygulamalarda kullanılır. sıradan PCB'ler genellikle tüketici elektroniği ve düşük güçlü cihazlar için uygundur.

Kalın bakır pcb'nin temel avantajları, yüksek akımlı ve yüksek güçlü senaryolara uyum yeteneğinde yoğunlaşır ve bu özellikle aşağıdaki yönlerde kendini gösterir:

· Aşırı güçlü akım taşıma kapasitesi:

Kalın bakır katmanı (≥2oz), onlarca ila yüzlerce amper büyük akım taşıyabilir ve bu da sıradan PCB'lere göre çok daha üstündür. Bu, güç ekipmanı ve yeni enerji taşıtı elektronik kontrol sistemleri gibi yüksek güçlü ürünlerin akım iletim gereksinimlerini karşılayabilir ve aşırı akım nedeniyle hat ısınması ve yanmasını önler.

· Mükemmel ısı dağıtım performansı:

Bakır, mükemmel bir ısı iletkenliğine sahiptir. Daha kalın bir bakır katmanı mükemmel bir ısı iletkenidir ve ısı dağıtım verimliliği standart PCB'lere göre çok daha yüksektir. Kalınlaştırılmış bakır katmanı, devre çalışması sırasında üretilen ısıyı hızlı bir şekilde iletebilir, kartın yüzey sıcaklığının etkili bir şekilde düşmesini sağlar, termal yaşlanmadan kaynaklanan bileşenlere ve devrelere verilen zararı en aza indirir ve ürünün kararlılığını ile kullanım ömrünü artırır. oluşan ısıyı hızlı bir şekilde iletebilir, kartın yüzey sıcaklığının etkili bir şekilde düşmesini sağlar, termal yaşlanmadan kaynaklanan bileşenlere ve devrelere verilen zararı en aza indirir ve ürünün kararlılığını ile kullanım ömrünü artırır.

· Daha yüksek mekanik dayanım:

Yüksek bakır içeren PCB'lerin bir diğer önemli avantajı, daha yüksek mekanik mukavemet sağlamalarıdır. Kalın bakır katmanı, PCB'nin fiziksel dayanıklılığını artırarak bükülme ve darbelere karşı daha dirençli hale getirir ve bu sayede bükülme, titreşim ve mekanik şok gibi fiziksel gerilmelere dayanma kapasitesi artar. Endüstriyel kontrol ekipmanları ve taşıt montajlı ortamları gibi sık vibrasyon olan zorlu çalışma koşullarına uyum sağlayabilir ve hat kopması riskini azaltır.

· Stabil elektrik iletkenliği güvenilirliği

Kalın bakır katmanı, akım iletimi sırasında direnç kaybını azaltır, voltaj düşüşünü düşürür ve devre sinyali ile güç iletiminin stabilitesini sağlar. Özellikle güç kaynağı doğruluğuna yüksek talep duyan tıbbi cihazlar ve hassas endüstriyel kontrol sistemleri için uygundur.

· Entegre tasarım desteği:

Yüksek akımlı devrelerin ve hassas sinyal devrelerinin entegre bir düzende yerleştirilmesini sağlayabilir, harici soğutucu bloklar, şöntler ve diğer bileşenlere olan ihtiyacı azaltarak ürün yapısını basitleştirir ve alan kullanımını iyileştirir.

· Ömrü uzatır

Daha yüksek akım taşıma kapasitesi, daha iyi ısı dağılımı yönetimi ve daha güçlü mekanik dayanım, kalın bakır pcb'nin hizmet ömrünü ortaklaşa uzatır. Bu PCB'ler ısıl veya mekanik hasarlara yatkın değildir ve bu nedenle daha uzun süre normal çalışma kabiliyetlerini korurlar. Bu güvenilirlik, bakım veya değiştirme işlemlerinin zor ve maliyetli olduğu uygulama alanlarında, örneğin havacılık ve uzay ya da endüstriyel ortamlarda büyük önem taşır. normal çalışmasını daha uzun süre sağlamak açısından bu güvenilirlik, bakım veya değiştirme işlemlerinin zor ve maliyetli olduğu uygulama alanlarında, örneğin havacılık ve uzay ya da endüstriyel ortamlarda büyük önem taşır.

Kalın bakır PCB'lerin büyük bakır katmanı kalınlığı ve özel kullanım senaryoları nedeniyle, tasarımı elektriksel performans, süreç uygunluğu ve güvenilirliği dikkate almalıdır. Temel hususlar şunlardır:

· Bakır kalınlığı seçimi:

Bakır kalınlığı, ekipmanın gerçek akım taşıma kapasitesine ve ısı dağıtım gereksinimlerine göre belirlenmelidir; aşırı tasarım ve maliyet artışından kaçınılmalıdır. Bakır kalınlığı ile hat genişliği birlikte eşleştirilmeli ve zirve akım iletim gereksinimlerinin karşılandığından emin olmak için IPC-2221 akım taşıma standardına başvurulmalıdır.

· Hat tasarımı:

Yüksek akım yoğunluğundan kaynaklanan aşırı ısınmayı önlemek için yüksek akım devrelerinin genişletilmesi ve kalınlaştırılması gerekir. Ani empedans değişimini azaltmak için ince hatlı bileşenler ile kalın bakır devrelerin birleşim noktalarında kademeli geçişler uygulanmalıdır. eşit olmayan aşındırmaya veya elektrik alanların yoğunlaşmasına ve bunun sonucunda yalıtım bozulmasına neden olmamak için süreç boyunca keskin açılı devrelerden kaçınılmalıdır.

· Isıl dağıtım tasarımı:

Önemli ısı üreten bölgeler için kalın bakırla ısıl dağıtım ve bakır kaplama alanları planlanmalı veya harici soğutma cihazlarına bağlanmak üzere ısı ileten pedler bırakılmalıdır. Isı, lokal ısınmayı önlemek için birden fazla kalın bakır katman aracılığıyla dağıtılır. yüksek akımlı viyalar, ısı dağıtımını artırmak amacıyla metal kaplı kalınlaştırılmış veya çok delikli paralel yapıda tasarlanır.

· Via ve bağlantı tasarımı:

Kalın bakır viyalar, delik çapını artırır ve delik duvarındaki bakır katmanı kalınlığını artırır. Gerekli olduğunda, delik duvarının çatlamasını önlemek için körlü gömülmüş delikler veya reçine tıkaçlar kullanılmalıdır. Soketli bileşenlerin lehim padleri, kalın bakır katmanla kaynak yapışmasını sağlamak için uygun şekilde büyütülmelidir. Yüksek akım bağlantı alanı, ince teller yerine bakır dökülerek akım taşıma stabilitesi artırılır.

· Empedans kontrolü:

Altium ve Cadence gibi simülasyon yazılımları aracılığıyla hat genişliği, aralık ve dielektrik kalınlığı optimize edilerek kalın bakır katmanların hattın karakteristik empedansı üzerindeki etkisi karşılanır. Yüksek frekanslı sinyal hatları ile kalın bakır güç hatları ayrı olarak düzenlenerek elektromanyetik girişim önlenir.

· Proses uyumluluğu:

Kalın bakırın aşınması sırasında kenar aşınmasının olması olasılığı göz önünde bulundurularak devre doğruluğunu sağlamak amacıyla bir aşınma telafisi miktarı bırakılır. Büyük alanlarda sürekli kalın bakır oluşmasını önlemek için PCB'nin eğilmesini engellemek amacıyla ek oluklar veya boşluklu tasarımlar eklenebilir. lehimleme sırasında ısının yoğunlaşmasından kaynaklanan yanlış lehimlemeyi önlemek amacıyla yastık ile bakır katmanı arasındaki bağlantı sıcak yastık yapısı kullanılarak yapılır.

· Mekanik dayanıklılık:

Sıcaklık değişimlerinden kaynaklanan deformasyonu önlemek amacıyla donanım montaj yapısıyla birlikte kalın bakır PCB'ler için genleşme payı bırakılır. Kenar bölgelerinde veya yük taşıyan alanlarda kalınlaştırılmış bakır katmanlar ya da ek takviye ribaları eklenerek bükülme ve titreşime karşı direnç artırılır ve bu da araçlar ile endüstriyel kontrol sistemleri gibi zorlu çalışma koşulları için uygun hale getirilir. kenar bölgelerinde veya yük taşıyan alanlarda kalınlaştırılmış bakır katmanlar ya da ek takviye ribaları eklenerek bükülme ve titreşime karşı direnç artırılır ve bu da araçlar ile endüstriyel kontrol sistemleri gibi zorlu çalışma koşulları için uygun hale getirilir.

· İzolasyon ve dayanma gerilimi:

Kalın bakır hatların aralıklarını ekipmanların dayanıklılık voltaj gereksinimlerine göre ayarlayın. Yüksek voltaj senaryolarında, IPC-2221 yalıtım standardına uygun olarak aralıkları daha da artırın. Çok katmanlı kalınlık bakır PCBS'ler, katman arası parçalanmayı önlemek için yüksek gerilimlere dayanıklı dielektrik malzemelerden yapılır.

· Maliyet optimizasyonu:

Sadece kalın bakır, önemli yüksek akım ve yüksek ısı dağılımı alanlarında kullanılırken, performans ve maliyeti dengelemek için temel olmayan alanlarda standart bakır kalınlığı korunur. Basitleştirmek için olgun süreç çözümlerini kullanmaya öncelik verin karmaşık yapılar ve üretim verim kaybını azaltmak

· Hat genişliği ve aralık

Bakır tellerin genişliği ve aralıkları önemli faktörlerdir. Optimize, akım taşıma gereksinimlerine ve PCB'nin genel düzenine göre yapılmalıdır.

· Isı iletken viaslar ve ısı iletken bantlar kullanın

Tasarıma termal iletken vias ve termal iletken pedler eklemek, ısı dağıtım etkisini artırabilir. Bu tasarımlar, PCB üzerindeki sıcak noktalardan gelen ısının dağılmasına yardımcı olarak genel ısı dağıtımını iyileştirir yönetim.

Kalın bakır katmanı ve özel uygulama senaryoları nedeniyle, ağır bakır baskılı devre kartlarının (kalın bakır PCBS) muayene ve test işlemleri üç ana boyutu kapsamlı bir şekilde içermelidir: süreç kalitesi, elektriksel performans ve güvenilirlik. Temel içerikler şunlardır:

Görünüş ve süreç kusurlarının kontrolü

· Bakır katman kalitesi: Kalın bakır katmanın soyulma, çatlama, oksitlenme olup olmadığını, eşit olmayan aşındırma nedeniyle hat kenarlarında diken bulunup bulunmadığını kontrol edin (IPC-A-600 standardına uygun olması gerekir);

· Lehim alanları ve geçiş delikleri (vias): Lehim alanlarının düzgünlüğü ve yapışkanlığının doğrulanması, geçiş deliklerinin duvarlarındaki bakır katman kalınlığının standartlara uygunluğu ile boşluk veya hizalanmamış deliklerin olmaması gerekmektedir.

· Panel yüzeyi deformasyonu: PCB'nin bükülmesini ölçün (kalın bakır PCB'ler, bakır katman gerilimi nedeniyle bükülmeye yatkındır ve bu değer %0,75 içinde kontrol edilmelidir) ve kabuklanma veya kabarcık olup olmadığını kontrol edin.

· Boyutsal doğruluk: Hat genişliği, aralık ve delik çapı gibi temel boyutların tasarım çizimleriyle uyumlu olduğundan emin olmak için kontrol edin (kalın hatlar için aşındırma sonrası kompanzasyon hatası ≤±0,05 mm olmalıdır).

Elektriksel performans testi

· İletim ve yalıtım testi (Yüksek Gerilim Testi): Hatlar arasındaki yalıtım, kalın bakır katmanlar arasında yeterli mesafenin olmamasından kaynaklanan kaşektirme olaylarını önlemek için yüksek gerilim yalıtım test cihazı ile tespit edilir. İletkenliği doğrulayın ve açık devre ve kısa devre arızalarını giderin;

· Akım taşıma kapasitesi testi: Simüle edilmiş gerçek çalışma koşullarında anma akımı uygulanır, devrenin sıcaklık artışı izlenir (kalın bakır PCB'ler için anma akımı altında sıcaklık artışı ≤20℃ olmalıdır), ve aşırı ısınma veya erime riski olmadığından emin olun.

· Empedans testi: Yüksek frekanslı sinyal hattının karakteristik empedansını tespit etmek için bir empedans analizörü kullanın ve kalın bakır katmanının empedans üzerindeki etkisinin tasarım gereksinimlerini karşıladığını doğrulayın (hata ≤±10%);

· Voltaj düşümü testi: Yüksek akım iletimi sırasında hat voltaj düşümünü ölçerek kalın bakır katmanın düşük direnç avantajını doğrulayın ve ekipman performansını etkileyebilecek voltaj kaybını önleyin.

Otomatik Optik Kontrol (AOI)

Otomatik Optik Kontrol (AOI), çıplak gözle görünmeyen kusurları tespit etmek için gelişmiş görüntüleme teknolojisini kullanır.

· Yüksek çözünürlüklü görüntüleme: AOI sistemi, PCB'nin yüksek çözünürlüklü görüntülerini yakalar ve bunları tasarım özellikleriyle karşılaştırır.

· Kusur tespiti: Bu sistem, kısa devreler, açık devreler, izlerde incelme ve hizalanmama gibi sorunları otomatik olarak tanımlayabilir.

· Hassasiyet: AOI, yüksek hassasiyet sunar ve en küçük kusurların bile tespit edilmesini ve giderilmesini sağlar.

Güvenilirlik testi

· Termal çevrim testi: Kalın bakır katmanının altlık ve yastıklarla bağlantısının dayanıklılığını, katman ayrılmasız veya çatlak oluşmaksızın kontrol etmek için -40 ℃ ile 125℃ arasındaki sıcaklık aralığında çevrim testi (≥1000 kez).

· Termal şok testi: Yüksek ve düşük sıcaklık ortamları arasında hızlı geçiş yaparak (sıcaklık farkı ≥80℃) ani sıcaklık değişimlerine karşı direnci doğrulamak, otomotiv ve endüstriyel kontrol gibi zorlu senaryolara uygundur.

· Titreşim ve mekanik dayanım testi: Taşıma ve kullanım sırasında meydana gelen titreşimi (frekans 5~500Hz) ve darbeyi simüle ederek kalın bakır devrenin kopup kopmadığını ve geçit deliklerinin düşüp düşmediğini kontrol etmek.

· Korozyon direnci testi: Tuz sisine maruz bırakma testi (nötral tuz sisi, 48 ila 96 saat) veya nemli ısı testi (85℃/85% RH, 1000 saat) ile kalın bakır katmanının oksitlenme ve korozyona karşı direnci doğrulanır.

· Lehimleme güvenilirliği testi: SMT/delikten geçiş lehimlemesi tamamlandıktan sonra, lehim noktaları ile kalın bakır yastıklar arasındaki bağlanma gücünün kontrol edilmesi ve yanlış lehimleme ya da sökülme olmamasının sağlanması (lehim noktalarının mikroyapısı metalografik kesitler aracılığıyla analiz edilebilir).

Özel performans doğrulaması

· Isıl dağıtım performansı testi: Termal görüntüleyici ile tam yük altında PCB'nin sıcaklık dağılımı tespit edilerek kalın bakır katmanın ısı dağıtım etkisi doğrulanır.

· Ateş geciktirme testi: Yüksek güç uygulama senaryoları için PCB'nin ateş geciktirme sınıfı UL94 standartlarına göre test edilir (en az V-0 seviyesine ulaşmalıdır);

· Yapışma testi: Kalın bakır katmanı ile alt tabaka arasındaki yapışmayı doğrulamak için yüz ızgara testi veya çekme testi uygulanır (≥1,5 N/mm).

Kalın bakır baskılı devre kartları, yüksek akım taşıma kapasiteleri, üstün ısı dağılımı ve yüksek mekanik dayanımları nedeniyle büyük akım iletimi, yüksek güç çıkışı veya zorlu çalışma koşulları gerektiren alanlarda yaygın olarak kullanılır. temel kullanım senaryoları aşağıdaki gibidir:

Yeni enerji araçları alanında

Temel bileşenler: Şarj cihazı (on-board charger), batarya yönetim sistemi, motor kontrolcüsü, DA/DA dönüştürücü, şarj istasyonu modülü.

Kullanım nedeni: Büyük akımları (onlarca ila yüzlerce amper) taşıması, değişen yüksek ve düşük sıcaklıklara ile titreşimlere dayanması gerekir. Kalın bakır PCB'ler, kararlı güç iletimini ve etkili ısı dağılımını sağlayarak araçların zorlu çevresel koşullarına uygun olur. ve araçların zorlu çevresel koşullarına uygundur.

Endüstriyel kontrol ve güç ekipmanları

Temel bileşenler: frekans dönüştürücü, servo sürücü, kesintisiz güç kaynağı, endüstriyel güç modülü, yüksek gerilim dağıtım kabini kontrol kartı, elektrik kaynak makinesi ana kontrol kartı.

Kullanım nedeni: Endüstriyel kontrol ekipmanları genellikle yüksek güç çıkışı gerektirir. Kalın bakır PCB'ler hat direnci kaybını azaltabilir, aşırı ısınmayı önler ve aynı zamanda mekanik titreşime ve elektromanyetik girişime karşı direnç göstererek ekipmanın güvenilirliğini artırır.

Tıbbi cihazlar alanı

Temel bileşenler: Tıbbi güç kaynakları, ventilatör güç modülleri, elektrokoter cihazları için kontrol kartları.

Kullanım nedeni: Tıbbi cihazların güç kaynağı kararlılığı ve güvenliği açısından son derece yüksek gereksinimleri vardır. Kalın bakır PCB'ler düşük voltaj düşüşü, yüksek ısı dağılımı sağlayabilir ve tıbbi sektörün katı izolasyon ve dayanma gerilimi standartlarını karşılar.

Havacılık, uzay ve savunma sanayi alanları

Temel bileşenler: Havada çalışan güç kaynağı sistemi, radar fırlatma modülü, füze kontrol kartı, uydu güç kaynağı ünitesi.

Uygulama nedeni: Aşırı sıcaklıklara, şiddetli titreşimlere ve radyasyon ortamlarına uyum sağlamak için kalın bakır PCB'lerin yüksek mekanik dayanımı ve kararlı elektrik performansı, ekipmanın normal koşullarda çalışmasını sağlar zorlu koşullar altında.

Yüksek güçlü tüketici ve ticari ekipmanlar

Temel bileşenler: Enerji depolama invertörü, fotovoltaik invertör, yüksek güçlü ev aleti kontrol kartı (indüksiyon ocaklar, elektrikli fırınlar gibi), veri merkezi güç modülü.

Uygulama nedeni: Yüksek güçlü ekipmanlar çok fazla ısı üretir ve yüksek akım çeker. Kalın bakır PCB'ler ısıyı hızlıca dağıtabilir, devrenin aşırı yüklenmesini ve yanmasını önler ve ekipmanın kullanım ömrünü uzatır.

Raylı sistemler alanı

Temel bileşenler: Tren traksiyon çevirici, ray hattı güç kaynağı sistemi, sinyal kontrol modülü.

Uygulama nedeni: Raylı sistem ekipmanları, uzun süreli titreşimlere, yüksek ve düşük sıcaklıklara ile sık başlangıç-durdurma durumlarındaki yüksek akım darbelerine dayanabilmelidir. Kalın bakır PCB'lerin akım taşıma kapasitesi ve mekanik güvenilirliği bu gereksinimi karşılayabilir.