Vantagens e processo de fabricação de PCB de cobre pesado

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PCBs são componentes indispensáveis ​​em dispositivos eletrônicos modernos. Entre eles, PCBs de cobre pesado, um tipo especializado de placa de circuito, apresentam características de desempenho e cenários de aplicação exclusivos. Este artigo fornece uma exploração aprofundada da definição, vantagens, processo de fabricação, e desafios de PCBs de cobre pesado.

O que é um PCB de cobre pesado?

UM PCB de cobre pesado refere-se a uma placa de circuito impresso que apresenta uma camada de cobre significativamente mais espessa como camada condutora durante a produção. Tipicamente, a camada de cobre em PCBs padrão varia de 1 Oz (aproximadamente 35 microns) para 2 Oz (aproximadamente 70 microns). Em contraste, PCBs de cobre pesado apresentam camadas de cobre que excedem em muito essa faixa, muitas vezes alcançando 4 Oz (aproximadamente 140 microns) ou mais. Este design melhora a condutividade do PCB, capacidade de transporte de corrente, e desempenho térmico.

Vantagens do PCB de cobre pesado

  • Excelente condutividade térmica
    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, PCBs de cobre pesado oferecem baixa impedância e baixa perda, melhorando a qualidade da transmissão do sinal e estendendo as distâncias de transmissão.

Como estimar a espessura de cobre necessária para PCBs

A Carta Conservadora IPC-2152 fornece uma referência confiável para determinar Design de PCB parâmetros. Sua importância reside na capacidade de levar em conta vários fatores, incluindo condutores internos e externos, Materiais PCB, espessura da placa, e condições ambientais, como o ar (excluindo cenários de vácuo). Os valores derivados deste gráfico são altamente confiáveis, garantindo a aplicabilidade em todos os ambientes sem vácuo, sem considerar variáveis ​​adicionais.

Quando os engenheiros projetam PCBs usando o gráfico conservador, os projetos resultantes podem nem sempre otimizar o custo ou a área, mas atenderão de forma confiável aos requisitos de transporte de corrente e aumento de temperatura.

Gráfico Conservador IPC-2152

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, os engenheiros podem estimar com precisão a espessura do cobre e a largura do traço necessária para requisitos específicos de corrente e térmicos.

Processo de fabricação de PCBs de cobre pesado

  • Preparação de Materiais
    Isso inclui materiais essenciais, como substratos de PCB, folha de cobre, filme revestido de cobre, e tinta de impressão.

  • Modelagem
    O substrato é usinado ou estampado para atender às dimensões e formatos exigidos do produto.

  • Perfuração
    Ferramentas como furadeiras são usadas para criar furos na PCB para montagem de componentes e conexões de circuitos.

  • Revestimento
    Uma camada de filme revestido de cobre é aplicada à superfície do PCB para proteger a folha de cobre e as almofadas.

  • Chapeamento químico de cobre
    O revestimento químico aumenta a espessura da folha de cobre, melhorando a condutividade da placa.

  • Imagem de padrão
    Padrões e texto são impressos no PCB usando técnicas como impressão com tinta ou transferência térmica.

  • Tratamento de superfície
    A superfície é tratada para melhorar a soldabilidade e a resistência à corrosão.

  • Corte
    A placa é cortada em unidades individuais de dimensões especificadas para montagem e uso.

Como enfrentar os desafios da produção de PCB de cobre pesado

Devido à espessura do cobre, a fabricação de PCBs de cobre pesado envolve desafios significativos. LSTPCB desenvolveu uma linha de produção dedicada para resolver sistematicamente esses problemas.

1. Gravura

  • O cobre espesso aumenta a dificuldade de troca química e gravação lateral.
  • A solução envolve vários processos de gravação rápida e fatores de compensação de gravação mais elevados para mitigar problemas de gravação lateral.
  • LSTPCB personalizou uma linha de gravação DES projetada para cobre espesso, permitindo gravação em uma passagem de até 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

  • Lacunas profundas e diferenças de altura entre o cobre e o substrato podem levar a problemas como fluxo de tinta, espessura de revestimento insuficiente, linhas de circuito vermelho, furos, e bolhas.
  • Esses problemas são resolvidos diminuindo a viscosidade da tinta e aplicando múltiplas passagens de impressão.
  • LSTPCB usa uma linha automatizada de pulverização de máscara de solda com pré-tratamento, pulverização dupla face, pré-assar, e tecnologia inline totalmente automática. Seus bicos de alta pressão e tintas de marca de alta viscosidade permitem pulverização de passagem única para até 4 onças de cobre, garantindo espessura de revestimento uniforme e excelente soldabilidade.

Linha de pulverização de máscara de solda totalmente automática

Conclusão

PCBs de cobre pesado, como um tipo especializado de placa de circuito impresso, Destaque-se com condutividade superior, alta capacidade de transporte de corrente, e desempenho térmico excepcional. Eles são amplamente utilizados em eletrônica de alta potência, 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.