Ciężkie PCB miedziane: producenci, zastosowania i kluczowe gałęzie przemysłu

Ciężkie PCB miedziane, określone grubością miedzi wynoszącą 3 oz (105 μm) lub więcej, są podstawą elektroniki o wysokiej mocy.umożliwiające efektywne rozkładanie dużych prądów w zastosowaniach od pojazdów elektrycznych (EV) po maszyny przemysłoweW przeciwieństwie do standardowych płyt PCB (miedź o pojemności 2 oz), ciężkie konstrukcje miedzi zapewniają lepszą przewodność cieplną, przepustowość prądu i wytrzymałość mechaniczną,co czyni je niezbędnymi dla systemów wymagających niezawodności w ekstremalnych warunkach.

W niniejszym przewodniku omówiono wyjątkowe właściwości ciężkich PCB miedzianych, ich wyzwania związane z produkcją, najlepszych producentów i rzeczywiste zastosowania w różnych branżach.Niezależnie od tego, czy projektujesz system zarządzania akumulatorami elektrycznymi o mocy 500A, czy przemysłowy falownik o dużej mocy, zrozumienie technologii ciężkiej miedzi pomoże wybrać odpowiednie rozwiązanie dla potrzeb wysokiego prądu.

Kluczowe wnioski
1Ciężkie PCB miedziane wykorzystują miedź o pojemności od 3 oz (105 μm) do 20 oz (700 μm) i podtrzymują prądy do 500A ≈ 10 razy większe niż standardowe PCB o pojemności 1 oz.
2Rozpraszają ciepło 3 razy szybciej niż standardowe płyty PCB, zmniejszając temperaturę komponentów o 20-30°C w zastosowaniach o dużej mocy.
3Krytyczne techniki produkcyjne obejmują kontrolowane grafowanie, technologię prasowania i funkcje zarządzania cieplnym, takie jak wypełnione miedzią przewody.
4Wiodący producenci (np. LT CIRCUIT, Sanmina) specjalizują się w ciężkich PCB miedzianych, oferując tolerancje tak ciasne jak ± 5% dla szerokości śladów.
5Kluczowe branże obejmują pojazdy elektryczne, energię odnawialną, automatyzację przemysłową i lotnictwo, gdzie wysoki prąd i trwałość nie są przedmiotem negocjacji.

Czym są PCB z miedzi ciężkiej?
Ciężkie PCB z miedzi są płytami obwodnymi z grubymi warstwami miedzi (3 oz +) na płaszczyznach mocy i śladach, zaprojektowane do przenoszenia dużych prądów i efektywnego rozpraszania ciepła.Grubość miedzi mierzona jest w uncjach na metr kwadratowy (oz/ft2), gdzie 1 uncja równa się 35 μm. Ciężkie konstrukcje miedzi zazwyczaj wahają się od 3 uncji (105 μm) do 20 uncji (700 μm), chociaż aplikacje niestandardowe mogą używać jeszcze grubszych warstw.

Jak działają ciężkie PCB miedziane
Gęste warstwy miedzi pełnią dwie podstawowe funkcje:

1Wysoki przepływ prądu: szersze, grubsze ślady zmniejszają opór (prawo Ohma), umożliwiając przepływ większej ilości prądu bez przegrzania.4 uncje miedzi mogą przenosić 50 A ̇ 5 razy więcej niż 1 uncja śladów tej samej szerokości.
2Rozpraszanie cieplne: Wysoka przewodność cieplna miedzi (401 W/m·K) rozprasza ciepło z komponentów takich jak MOSFET i transformatory, zapobiegając gorącym punktom, które pogarszają wydajność.

Ciężka miedź vs. standardowe PCB miedziane

Kluczowe właściwości PCB z miedzi ciężkiej
Ciężkie PCB z miedzi mają unikalny zestaw cech, które sprawiają, że są idealne do zastosowań o dużej mocy:

1Wysoka zdolność przenosząca prąd
Najważniejszą zaletą ciężkiej miedzi jest jej zdolność do radzenia sobie z dużymi prądami.który wzrasta w grubości i szerokości:

Uwaga: wyższe temperatury otoczenia zmniejszają amperność, ponieważ rozpraszanie ciepła staje się mniej wydajne.

2. Wyższe zarządzanie cieplne
Gęste warstwy miedzi działają jako wbudowane rozpuszczalniki ciepła, rozpraszając ciepło z komponentów:

a. 4 uncji miedzianego płaszczyzny obniża temperaturę części o 25°C w porównaniu z 1 uncji płaszczyzny w 100W zasilania.
b.Płynne miedzią przewody cieplne (0,3 ∼0,5 mm średnicy) przenoszą ciepło z elementów zamontowanych na powierzchni do warstw wewnętrznych, co dodatkowo poprawia rozpraszanie.

Dane z badań: Inwerter EV z użyciem 4 uncji ciężkich miedzianych płyt PCB działających w temperaturze 85 °C przy pełnym obciążeniu, w porównaniu z 110 °C w przypadku konstrukcji 2 uncji, przedłużającej żywotność półprzewodnika o 2x.

3. Trwałość mechaniczna
Ciężkie ślady miedzi i samoloty są bardziej odporne na stres fizyczny:

a. Wstrzymanie drgań (20-2 000 Hz) w środowiskach motoryzacyjnych i przemysłowych (zgodne z MIL-STD-883H).
b.Oporność na zmęczenie związane z cyklem termicznym (-40 °C do 125 °C), zmniejszenie awarii złączy lutowych o 50% w porównaniu ze standardowymi PCB.

Wytwarzanie ciężkich PCB miedzianych: wyzwania i rozwiązania
Produkcja ciężkich płyt PCB z miedzi wymaga specjalistycznych procesów obsługi grubej miedzi przy zachowaniu precyzji:

1. Kontrolowane Etching
Ogrzewanie grubości miedzi (3 oz +) bez podcięcia (nadmierne usunięcie stron śladowych) jest wyzwaniem.

a.Kształtowanie na siarczanie kwasu miedzianego: wolniejsza prędkość kształtowania (1μ2μm/min) przy precyzyjnej kontroli temperatury (45μ50°C) w celu utrzymania dokładności śladów.
b.Eczep krok: wielokrotne przejścia z zmniejszonym stężeniem grafika w celu zminimalizowania podcięcia, osiągając tolerancje śladowe ±5%.

Wynik: 4 uncji miedzi z docelową szerokością 10 mm utrzymuje wymiary 9,5 × 10,5 mm, zapewniając stały przepływ prądu.

2Laminat i wiązanie
Gęste warstwy miedzi wymagają silniejszej adhezji do podłoża (np. FR4, ceramika), aby zapobiec delaminacji:

a.Laminat pod wysokim ciśnieniem: ciśnienie 400-500 psi w temperaturze 180°C zapewnia prawidłowe wiązanie miedzi i podłoża.
b.Procesy wolne od klejów: bezpośrednie wiązanie (np. DBC dla podłoża ceramicznego) eliminuje warstwy epoksydowe, poprawiając przewodność cieplną.

3. Ścieżki cieplne i funkcje zarządzania ciepłem
Ciężkie PCB z miedzi często zawierają dodatkowe cechy termiczne:

a.Płyty miedziane: pokryte miedzią o pojemności 20-30 μm w celu zwiększenia przenoszenia ciepła między warstwami.
b.Zintegrowane zlewki ciepła: grube płaszczyzny miedziane (10-20 oz) połączone z rdzeniami aluminiowymi do ekstremalnych obciążeń termicznych (np. systemy EV o mocy 500 A).

Główni producenci PCB z miedzi ciężkiej
Wybór właściwego producenta ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia jakości i wydajności.
1/ LT CIRCUIT
Zdolności: 3 ′′ 20 oz miedzi, 4 ′′ 20 warstw PCB, ciasne tolerancje (± 5% szerokości śladu).
Specjalności: systemy zarządzania bateriami pojazdów elektrycznych, inwertery przemysłowe i PCB z odnawialnych źródeł energii.
Certyfikaty: IATF 16949 (samochód), ISO 9001, UL 94 V-0.

2Sanmina.
Pojemności: 3 ′′12 oz miedzi, dużych formatu PCB (do 600 mm × 1200 mm).
Specjalności: lotnictwo i obrona, sprzęt medyczny.
Certyfikaty: AS9100, ISO 13485.

3. TTM Technologies
Pojemności: 3 ̊20 oz miedzi, PCB hybrydowe (ciężka miedź + HDI).
Specjalności: zasilanie centrów danych, inwertery trakcyjne EV.
Certyfikaty: ISO 9001, IATF 16949.

4. Multek
Zdolności: 3 ̊10 oz miedzi, duża produkcja (10k+ jednostek / tydzień).
Specjalizacje: elektronika użytkowa (ładowarki wysokiej mocy), silniki przemysłowe.
Certyfikaty: ISO 9001, certyfikat UL.

Zastosowania PCB z miedzi ciężkiej
Ciężkie PCB z miedzi są stosowane w różnych gałęziach przemysłu, w których wysoki prąd i trwałość są kluczowe:

1. Pojazdy elektryczne (EV) i hybrydowe
a. Systemy zarządzania baterią (BMS): 4 ̊10 oz miedzi monitorują i równoważą baterie 800 V, obsługując 200 ̊500 A podczas ładowania/rozładowywania.
b. Inwertery trakcyjne: konwersja prądu stałego z akumulatora do prądu przemiennego dla silnika, przy użyciu miedzi o pojemności 612 oz do zarządzania prądem 300 600A.
c. Ładowarki pokładowe (OBC): 3 ̊6oz PCB miedziane obsługują konwersję AC-DC 10 ̊40A, z przewodami termicznymi do rozpraszania ciepła.

2Energia odnawialna
a.Inwertery słoneczne: 4 ′′ 8 ′′ PCB z miedzi przekształcają prąd stały z paneli słonecznych w prąd prądowy, wytrzymując prądy 50 ′′ 100A w środowiskach zewnętrznych.
b.Sterowniki turbin wiatrowych: miedź o pojemności 6 ̊10 oz zarządza energią z turbin, odporna na wibracje i wahania temperatury (-40°C do 85°C).

3. Automatyka przemysłowa
a. Napędy silnikowe: 3 ̊6 oz PCB miedziane sterują silnikami przemysłowymi (10 ̊50 KM), obsługującymi 50 ̊200 A w napędach o zmiennej częstotliwości (VFD).
b.Urządzenia spawalnicze: miedź o pojemności 10 ̊20 oz przenosi prądy 100 ̊500 A w spawarkach łukowych, z grubymi płaszczyznami do rozpraszania ciepła z łuków o dużej mocy.

4- Lotnictwo i obrona.
a.Dystrybucja mocy w samolocie: PCB miedziane o pojemności 6-12 uncji zarządzają systemami prądu stałego 28 V w samolotach, odpornymi na zmiany temperatury związane z wysokością.
b. Pojazdy wojskowe: 10-15oz miedzianych płyt PCB, zasilające radar i systemy komunikacji, odporne na wstrząsy i wibracje w środowiskach bojowych.

5. Urządzenia medyczne
a.Urządzenia do obrazowania (CT, MRI): 3 ̊6 oz PCB miedziane obsługują wysokie prądy w zasilaniu, zapewniając stabilną pracę w celu dokładnego obrazowania.
b.Systemy terapii laserowej: miedź o pojemności 4 8oz rozprasza ciepło z laserów o mocy 50 100W, utrzymując stałą wydajność podczas zabiegów.

Często zadawane pytania dotyczące PCB z miedzi ciężkiej
P1: Jaka jest minimalna szerokość śladu dla ciężkich PCB miedzianych?
Odpowiedź: W przypadku miedzi 3 oz minimalna szerokość śladów wynosi 0,5 mm (20 mil) w celu uniknięcia problemów z etasowaniem.

P2: Czy ciężkie PCB z miedzi mogą być stosowane z sygnałami o wysokiej częstotliwości?
Odpowiedź: Tak, ale gruba miedź może powodować utratę sygnału w częstotliwości >1 GHz.

P3: W jaki sposób ciężkie PCB z miedzi zmniejszają koszty systemu?
Odpowiedź: poprzez wyeliminowanie potrzeby zewnętrznych radiatorów cieplnych i barów przenośnych, ciężkie PCB z miedzi zmniejszają liczbę komponentów i czas montażu.Inwerter elektryczny z 4 uncami miedzi oszczędza 15 ¢ 20 dolarów za jednostkę, zastępując 1 uncję PCB + zlewu ciepła.

P4: Jakie podłoża są stosowane z miedzią ciężką?
Odpowiedź: FR4 (wysoki Tg, Tg≥170°C) jest standardem dla większości zastosowań.

P5: Czy PCB z miedzi ciężkiej są zgodne z RoHS?
Odpowiedź: Tak. Producenci stosują miedź i podłoże bez ołowiu, zapewniając zgodność z normami RoHS, REACH i IATF 16949 (samochodowe).

Wniosek
Ciężkie płytki PCB z miedzi są niezbędne w przypadku urządzeń elektronicznych o dużej mocy, umożliwiając efektywne obsługiwanie dużych prądów w pojazdach elektrycznych, systemach energii odnawialnej i maszynach przemysłowych.Ich zdolność do łączenia dużej mocy prądu, rozpraszanie cieplne i trwałość mechaniczna sprawiają, że są niezastąpione w zastosowaniach, w których standardowe PCB ulegają awarii.

Podczas gdy ciężkie PCB z miedzi kosztują więcej z góry, ich zdolność do zmniejszenia złożoności systemu (np. wyeliminowania pochłaniaczy ciepła) i wydłużenia żywotności komponentów powoduje niższe całkowite koszty w czasie.Dzięki współpracy z doświadczonymi producentami jak LT CIRCUIT lub TTM Technologies, inżynierowie mogą wykorzystać technologię ciężkiej miedzi w celu zbudowania niezawodnych, wydajnych systemów, które spełniają wymagania jutrzejszej, energochłonnej elektroniki.

W miarę jak branże takie jak pojazdy elektryczne i odnawialne źródła energii będą rosnąć, ciężkie PCB z miedzi będą odgrywać coraz ważniejszą rolę w umożliwianiuZrównoważona dystrybucja energii, grubsza miedź jest zawsze lepsza.