Vantagens e processo de fabricação de PCB de cobre pesado

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PCBs are indispensable components in modern electronic devices. Entre eles, PCBs de cobre pesado, a specialized type of circuit board, boast unique performance characteristics and application scenarios. This article provides an in-depth exploration of the definition, vantagens, processo de fabricação, and challenges of heavy copper PCBs.

What is a Heavy Copper PCB?

UM heavy copper PCB refers to a printed circuit board that features a significantly thicker copper layer as its conductive layer during production. Tipicamente, the copper layer in standard PCBs ranges from 1 Oz (approximately 35 microns) para 2 Oz (approximately 70 microns). Em contraste, heavy copper PCBs feature copper layers far exceeding this range, often reaching 4 Oz (approximately 140 microns) ou mais. This design enhances the PCB’s conductivity, current-carrying capacity, and thermal performance.

Advantages of Heavy Copper PCB

  • Excellent Thermal Conductivity
    A camada de cobre mais espessa dissipa efetivamente o calor, melhorando o desempenho térmico. Isso reduz a expansão da PCB induzida pela temperatura, aumentando a confiabilidade da placa.

  • Confiabilidade aprimorada dos componentes
    PCBs de cobre pesado oferecem capacidade superior de transporte de corrente, minimizando o risco de queima ou concentração localizada de calor. Isto melhora significativamente a confiabilidade dos componentes eletrônicos.

  • Maior resistência mecânica
    A maior espessura da camada de cobre confere maior resistência mecânica. Em ambientes exigentes, como aqueles que envolvem alta vibração ou impacto, PCBs de cobre pesado fornecem maior resistência ao estresse mecânico, protegendo componentes eletrônicos contra danos.

  • Melhor desempenho de transmissão de sinal
    A espessa camada de cobre reduz a perda de transmissão de sinal e diafonia. Para circuitos de alta frequência e micro-ondas, heavy copper PCBs offer low impedance and low loss, enhancing signal transmission quality and extending transmission distances.

How to Estimate the Required Copper Thickness for PCBs

The IPC-2152 Conservative Chart provides a reliable reference for determining Design de PCB parâmetros. Its significance lies in its ability to account for various factors, including internal and external conductors, PCB materials, espessura da placa, and environmental conditions such as air (excluding vacuum scenarios). The values derived from this chart are highly dependable, ensuring applicability in all non-vacuum environments without considering additional variables.

When engineers design PCBs using the Conservative Chart, the resulting designs may not always optimize cost or area but will reliably meet current-carrying and temperature rise requirements.

IPC-2152 Conservative Chart

Usando o gráfico conservador IPC-2152

Os engenheiros podem consultar a Carta Conservadora IPC-2152 para calcular a largura do traço e determinar a espessura apropriada do cobre.

  1. Exemplo com uma largura de traço de 140 mil:

    • Seguindo a seta vermelha, para uma largura de traço de 140 mil e uma espessura de cobre de 1 Oz, localizar verticalmente o requisito de aumento de temperatura de 10°C.
    • De lá, rastreie de volta ao eixo y para encontrar a corrente máxima permitida correspondente de 2,75A.

  2. Exemplo para condução de corrente 1A:

    • Usando a seta laranja, se o condutor da PCB precisar transportar 1A de corrente com um aumento de temperatura alvo de 30°C, localize a largura do traço necessária para diferentes espessuras de cobre.
    • Para uma espessura de cobre de 0.5 Oz, a largura de traço necessária é 40 mil.

Seguindo estas diretrizes, engineers can accurately estimate the copper thickness and trace width needed for specific current and thermal requirements.

Manufacturing Process of Heavy Copper PCBs

  • Preparação de Materiais
    This includes essential materials such as PCB substrates, folha de cobre, copper-clad film, and printing ink.

  • Modelagem
    The substrate is machined or stamped to meet the required dimensions and shapes of the product.

  • Perfuração
    Tools like drilling machines are used to create holes on the PCB for component mounting and circuit connections.

  • Revestimento
    A layer of copper-clad film is applied to the PCB surface to protect the copper foil and pads.

  • Chemical Copper Plating
    Chemical plating increases the thickness of the copper foil, enhancing the board’s conductivity.

  • Pattern Imaging
    Patterns and text are printed on the PCB using techniques like ink printing or thermal transfer.

  • Tratamento de superfície
    The surface is treated to improve solderability and resistance to corrosion.

  • Corte
    The board is cut into individual units of specified dimensions for assembly and use.

How to Address the Challenges of Heavy Copper PCB Production

Due to the thickness of the copper, manufacturing heavy copper PCBs involves significant challenges. LSTPCB has developed a dedicated production line to systematically tackle these issues.

1. Gravura

  • Thick copper increases the difficulty of chemical exchange and side etching.
  • The solution involves multiple rapid etching processes and higher etching compensation factors to mitigate side etching issues.
  • LSTPCB has customized a DES etching line designed for thick copper, enabling one-pass etching of up to 6 onças de cobre.

Linha DES dedicada de cobre espesso

2. Laminação

  • Espaços profundos entre os circuitos exigem o uso de múltiplas folhas pré-impregnadas com excelentes características de fluxo para garantir enchimento de resina suficiente.
  • Rebites são adicionados para melhorar a fixação das placas centrais, reduzindo riscos de derrapagem.
  • O cobre mais espesso diminui as taxas de aquecimento durante a laminação, exigindo fases prolongadas de alta temperatura para uma cura eficaz.
  • LSTPCB emprega linhas de laminação multicamadas totalmente automatizadas da Burkle e soluções especializadas de oxidação marrom. Sua integração Mass LAM e Pin LAM suporta a produção de PCBs de cobre pesado com até 50 camadas.

Burkle Press

3. Perfuração

  • Para placas mais espessas que 2.0 mm, perfuração segmentada é usada para facilitar o processo.
  • Parâmetros como velocidades de avanço e retração são ajustados para otimizar a qualidade da perfuração e evitar rachaduras na pastilha causadas por impacto excessivo.

4. Impressão de máscara de solda

  • Deep gaps and height differences between copper and the substrate can lead to issues such as ink flow, insufficient coating thickness, red circuit lines, pinholes, and bubbles.
  • These problems are resolved by thinning the ink viscosity and applying multiple printing passes.
  • LSTPCB uses an automated solder mask spray line with pre-treatment, double-sided spraying, pre-baking, and full automatic inline technology. Their high-pressure nozzles and high-viscosity brand inks enable single-pass spraying for up to 4 onças de cobre, ensuring uniform coating thickness and excellent solderability.

Fully automatic solder mask spraying line

Conclusão

Heavy copper PCBs, as a specialized type of printed circuit board, stand out with superior conductivity, high current-carrying capacity, and exceptional thermal performance. They are widely used in high-power electronics, Controle industrial, e campos de energia renovável. Com os avanços da tecnologia e o crescimento da indústria, Espera-se que PCBs de cobre pesado encontrem aplicações ainda mais amplas, desempenhando um papel fundamental no desenvolvimento de dispositivos eletrônicos modernos.