Płytki PCB z grubą warstwą miedzi: Najwięksi producenci, zastosowania i zastosowania w przemyśle

Wyobraźnia zmodernizowana przez klienta

Ciężkie miedziane płytki PCB, określone przez grube warstwy miedzi (3 uncje lub więcej), są podstawą elektroniki wysokiej mocy, umożliwiając przenoszenie dużych prądów w kompaktowych konstrukcjach.W przeciwieństwie do standardowych PCB (1 ̊2 oz miedzi), te specjalistyczne płyty zapewniają lepszą przewodność cieplną, wytrzymałość mechaniczną i przepustowość prądu,Zapewniają one nieodzowne zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu, od odnawialnych źródeł energii po lotnictwo kosmiczne.Wraz ze wzrostem popytu na urządzenia o wysokiej mocy (np. ładowarki pojazdów elektrycznych, napędy silników przemysłowych) PCB z miedzi ciężkiej stały się kluczową technologią.Z najlepszymi producentami, którzy przekraczają granice możliwości pod względem grubości (do 20 uncji) i złożoności projektu..

W niniejszym przewodniku omówiono kluczową rolę PCB z miedzi ciężkiej, podkreślono wiodących producentów, podstawowe zastosowania w różnych branżach,i wyjątkowe zalety, które czynią je niezbędnymi dla systemów o dużej mocyNiezależnie od tego, czy projektujesz falownik mocy 500A czy wytrzymały obwód wojskowy, zrozumienie technologii ciężkiej miedzi pomoże ci zoptymalizować wydajność, niezawodność i koszty.

Kluczowe wnioski
1Definicja: PCB z ciężkiej miedzi zawierają warstwy miedzi o średnicy 3 oz (105 μm) lub większej, a zaawansowane konstrukcje obsługują do 20 oz (700 μm) dla zastosowań o ekstremalnej mocy.
2Zalety: Zwiększona przepustowość prądu (do 1000 A), lepsze rozpraszanie cieplne (3 razy lepsze niż w przypadku standardowych płyt PCB) oraz zwiększona wytrzymałość mechaniczna w trudnych warunkach.
3Najlepsze producenci: LT CIRCUIT, TTM Technologies i AT&S prowadzą produkcję ciężkiej miedzi, oferując możliwości od 3 uncji do 20 uncji z ciasnymi tolerancjami.
4.Zastosowania: Dominujące w zakresie ładowania pojazdów elektrycznych, maszyn przemysłowych, energii odnawialnej i lotnictwa, gdzie wysoka moc i niezawodność nie są przedmiotem negocjacji.
5Rozważania projektowe: wymagają specjalistycznej produkcji (gęste pokrycie miedzi, kontrolowane grafowanie) i współpracy z doświadczonymi producentami w celu uniknięcia wad, takich jak próżnia lub nierówne pokrycie.

Czym są PCB z miedzi ciężkiej?
Ciężkie płytki PCB z miedzi są definiowane przez grube przewodniki miedziane, które przekraczają standard 1 ′′ 2 ′′ (35 ′′ 70 μm) większości urządzeń elektronicznych użytkownika.

1Wysoka pojemność prądu: grube ślady miedzi minimalizują opór, co pozwala im przenosić setki amperów bez przegrzania.
2Wyższa przewodność cieplna: wysoka przewodność cieplna miedzi (401 W/m·K) rozprasza ciepło z komponentów, zmniejszając gorące punkty.
4Trwałość mechaniczna: Gęsta miedź wzmacnia ślady, dzięki czemu są odporne na drgania, cykle termiczne i stres fizyczny.

Ciężkie płyty PCB z miedzi nie są tylko “grubszymi” wersjami płyt standardowych “wymagają specjalistycznych technik produkcyjnych, w tym kwas miedzian, kontrolowane etywanie i wzmocnione laminowanie,aby zapewnić jednolitą grubość i przyczepność.

Główni producenci PCB z miedzi ciężkiej
Wybór właściwego producenta ma kluczowe znaczenie dla ciężkich PCB miedzianych, ponieważ ich produkcja wymaga precyzji i wiedzy specjalistycznej.
1/ LT CIRCUIT
Zdolności: 3 oz do 20 oz miedzi, 4 ′′ 20 warstw konstrukcji i ciasnych tolerancji (± 5% na grubości miedzi).
Kluczowe atuty:

a. Wbudowane w firmie linie oczyszczania kwasem miedzianego do osadzenia miedzi o jednolitej grubości.
b. Zaawansowane procesy grafowania utrzymujące 5/5 mil śladu/przestrzeń nawet przy 10 oz miedzi.
c.Certyfikacje: ISO 9001, IATF 16949 (motoryzacyjny) i AS9100 (kosmiczny).
Zastosowania: ładowarki elektryczne, zasilanie wojskowe i inwertery przemysłowe.

2. TTM Technologies (USA)
Pojemności: 3 oz do 12 oz miedzi, dużych płyt (do 600 mm × 1200 mm).
Kluczowe atuty:

a.Koncentracja na rynkach o wysokiej niezawodności (przestrzeni powietrznej, obronności).
b.Zintegrowane rozwiązania zarządzania cieplnym (wbudowane pochłaniacze ciepła).
c.Szybkie przeprowadzenie prac (2-3 tygodnie w przypadku prototypów).
Zastosowania: dystrybucja energii w samolotach, systemy morskie.

3. AT&S (Austria)
Możliwości: 3 do 15 uncji miedzi, HDI ciężkie miedzi.
Kluczowe atuty:

a.Wykwalifikowanie do łączenia ciężkiej miedzi z drobnymi śladami (w przypadku konstrukcji sygnału mieszanego).
b.Zrównoważona produkcja (100% energii ze źródeł odnawialnych).
c.Focus samochodowy (certyfikat IATF 16949).
Zastosowania: układy napędowe pojazdów elektrycznych, systemy ADAS.

4. Unimicron (Tajwan)
Zdolności: 3 do 10 uncji miedzi, duża produkcja (100 tys. jednostek/miesiąc).
Kluczowe atuty:

a.Współpraca w zakresie produkcji masowej wysokiej mocy przeznaczonej dla konsumentów.
b. zaawansowane badania (cykle termiczne, wibracje) w zakresie niezawodności.
Zastosowania: domowe systemy magazynowania energii, komponenty inteligentnej sieci.

Główne zalety PCB z miedzi ciężkiej
PCB z miedzi ciężkiej przewyższają standardowe PCB w zastosowaniach o dużej mocy, oferując korzyści, które bezpośrednio wpływają na niezawodność i wydajność:

1. Wyższy przepływ
Gęste ślady miedzi minimalizują opór (prawo Ohma), pozwalając im przenosić znacznie więcej prądu niż standardowe ślady.

A. 5 mm szerokości, 3 oz miedzi ślad przenosi 60A z 10 ° C wzrost temperatury.
b. Standardowy ślad 1 uncji tej samej szerokości przenosi tylko 30A/połowę prądu.

Ta zdolność jest kluczowa dla ładowarek pojazdów elektrycznych (300A), spawaczy przemysłowych (500A) i zasilania centrów danych (200A).

2. Wyższe zarządzanie cieplne
Wysoka przewodność cieplna miedzi (401 W/m·K) sprawia, że ciężkie PCB z miedzi są doskonałymi rozpraszaczami ciepła:

a. 10 uncji koparowej płaszczyzny rozprasza ciepło 3 razy szybciej niż 1 uncji płaszczyzny, zmniejszając temperaturę części o 20-30 °C.
b.W połączeniu z drógami cieplnymi, ciężka miedź tworzy efektywne ścieżki cieplne od gorących komponentów (np. MOSFET) do płaszczyzn chłodzenia.

Badanie przypadku: Inwerter słoneczny o mocy 250 W z wykorzystaniem 5 uncji miedzianych płyt PCB działał o 15 °C chłodniej niż ten sam projekt z 1 uncją miedzi, wydłużając żywotność kondensatora o 2 razy.

3Zwiększona wytrzymałość mechaniczna
Gęsta miedź wzmacnia ślady, czyniąc je odpornymi na:

a. Wibracja: 3 uncje śladów miedzi przetrwają 20G wibracji (MIL-STD-883H) bez pękania, w porównaniu z 10G dla śladów 1 uncji.
b.Cykling termiczny: wytrzyma ponad 1000 cykli (od -40°C do 125°C) przy minimalnym zmęczeniu, co ma kluczowe znaczenie dla użytku w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym.
c. Wytrzymałość fizyczna: grube podkładki miedziane są odporne na uszkodzenia powtarzających się wprowadzania złączy (np. w złączach przemysłowych).

4Zmniejszenie wielkości deski
Ciężka miedź pozwala projektantom na użycie węższych śladów dla tego samego prądu, kurczącego się rozmiaru deski:

a. Prąd 60A wymaga 10 mm szerokości 1 oz śladu, ale tylko 5 mm szerokości 3 oz śladu – oszczędzając 50% miejsca.

Ta miniaturyzacja jest kluczem do kompaktowych urządzeń, takich jak ładowarki elektryczne i przenośne narzędzia przemysłowe.

Zastosowania w różnych gałęziach przemysłu
PCB z miedzi ciężkiej są przekształcające w sektorach, w których wysoka moc i niezawodność są kluczowe:
1Energia odnawialna
a.Inwertery słoneczne: Konwertują prąd stały z paneli do prądu przemiennego, obsługując prądy 100 ‰ 500 A z miedzią 3 ‰ 10 oz.
b.Kontrolery turbin wiatrowych: zarządzaj systemami wychylenia i wychylenia, używając miedzi o pojemności 512 oz, aby wytrzymać wibracje i wahania temperatury.
c. Systemy magazynowania energii (ESS): baterie do ładowania i rozładowania, wymagające 3 ̊5 oz miedzi na prąd 100 ̊200 A.

2. Samochody i pojazdy elektryczne
a.Stacje ładowania pojazdów elektrycznych: szybkie ładowarki prądu stałego (150-350 kW) wykorzystują miedź o pojemności 5-10 uncji dla ścieżek zasilania wysokiego napięcia (800 V).
b. Systemy zarządzania baterią (BMS): komórki równoważne w bateriach EV, z 3 ̊5 oz miedzi do obsługi 50 ̊100A.
c. Układy napędowe: Inwertery konwertujące prąd stały w prąd przemienny dla silników, opierające się na miedzi 515 oz dla prądu 200 500A.

3Maszyny przemysłowe
a.Przewody silnikowe: sterowanie silnikami AC/DC w fabrykach, z wykorzystaniem miedzi o pojemności 3 ̊5 oz dla prądu 60 ̊100 A.
b.Urządzenia spawalnicze: dostarczanie wysokiego prądu (100 ‰ 500A) do łuków spawalniczych, wymagających 10 ‰ 20 oz miedzi.
c.Robotika: Mocno działające ręce robotyczne, z śladami miedzi o pojemności 3 ̊5 uncji, odporne na zmęczenie wywołane wibracjami.

4- Lotnictwo i obrona.
a.Rozmieszczenie mocy samolotu: rozprowadzenie mocy 115V AC/28V DC, przy użyciu miedzi o pojemności 512 oz na 50200A.
b. Pojazdy wojskowe: systemy pojazdów opancerzonych (komunikacje, broń) opierają się na miedzi o pojemności 10-15 uncji dla niezawodności.
c. Systemy zasilania satelitarnego: Zarządzanie energią paneli słonecznych, z miedzią o pojemności 3 ̊5 oz, która obsługuje 20 ̊50A w warunkach próżni.

Wyzwania i rozwiązania w dziedzinie produkcji
Produkcja PCB z miedzi ciężkiej jest bardziej złożona niż standardowe PCB, z wyjątkowymi wyzwaniami, które wymagają specjalistycznych rozwiązań:

1. Jednolite pokrycie
Wyzwanie: osiągnięcie równomiernej grubości miedzi na dużych powierzchniach, unikając "grubych krawędzi" lub pustek.
Rozwiązanie: Płytkowanie miedziem kwasowym z kontrolą gęstości prądu i okresowym mieszaniem w celu zapewnienia równomiernego osadzania.

2Precyzja Etchingu
Wyzwanie: Etycja grubej miedzi bez podcięcia (nadmierne usunięcie śladowych stron).
Rozwiązanie: kontrolowane etyleny (np. chlorek miedziany) z precyzyjnym czasem i inspekcja po wytarciu za pomocą AOI.

3Integralność laminacji
Wyzwanie: Zapobieganie delaminacji między grubymi warstwami miedzi a podłożem.
Rozwiązanie: laminacja pod wysokim ciśnieniem (400 ̇ 500 psi) i wstępne pieczenie folii miedzianych w celu usuwania wilgoci.

4. Napięcie cieplne
Wyzwanie: Różnica rozszerzania się grubości miedzi i podłoża podczas ogrzewania.
Rozwiązanie: stosowanie substratów o niskiej zawartości CTE (np. FR-4 wypełnione ceramiką) i projektowanie z wykorzystaniem reliefów termicznych.

Projekt najlepszych praktyk w zakresie PCB o ciężkiej zawartości miedzi
Aby zmaksymalizować wydajność i uniknąć problemów związanych z produkcją, postępuj zgodnie z poniższymi wytycznymi:

1.Optymalizacja szerokości śladu: Użyj obliczeń IPC-2221 do rozmiaru śladów pod kątem wzrostu prądu i temperatury.
2.Włączenie reliefów termicznych: Dodawanie “gęstek” do połączeń podkładek w celu zmniejszenia naprężenia termicznego podczas lutowania.
3.Używanie przewodu płatnego (PTH): Upewnij się, że przewody są wystarczająco duże (≥ 0,8 mm), aby pomieścić grube pokrycie miedziane.
4.Wskazać tolerancje: wymagane jest ±5% tolerancji grubości miedzi dla krytycznych ścieżek zasilania.
5Wczesna współpraca z producentami: angażowanie dostawców takich jak LT CIRCUIT podczas projektowania w celu rozwiązania problemu wydajności produkcyjnej (np. minimalny ślad / przestrzeń dla miedzi 10 oz).

Częste pytania
P: Jaki jest minimalny poziom śladu/przestrzeni dla ciężkich PCB miedzianych?
Odpowiedź: Dla 3 uncji miedzi standardowe jest 5/5 mil (125/125 μm). Dla 10 uncji miedzi typowe jest 8/8 mil, chociaż zaawansowani producenci tacy jak LT CIRCUIT mogą osiągnąć 6/6 mil.

P: Czy ciężkie PCB z miedzi są kompatybilne z lutowaniem bez ołowiu?
Odpowiedź: Tak, ale gruba miedź działa jako radiator cieplny, zwiększa czas lutowania o 20-30%, aby zapewnić prawidłowe nawilżanie.

P: Ile więcej kosztują ciężkie PCB z miedzi niż standardowe PCB?
Odpowiedź: 3 uncji PCB miedzianych kosztują 30-50% więcej niż 1 uncji PCB, a 10 uncji + projekty kosztują 2-3 razy więcej ze względu na wyspecjalizowane przetwarzanie.

P: Czy ciężkie PCB z miedzi mogą być stosowane w technologii HDI?
Odpowiedź: Tak. Producenci, tacy jak AT&S, oferują modele HDI z ciężkiej miedzi, łączące mikrovia z grubą miedzią do systemów o mieszanym sygnale (moc + sterowanie).

P: Jaka jest maksymalna temperatura pracy PCB z miedzi ciężkiej?
A: W przypadku podłoża o wysokim poziomie Tg (180°C+) działają niezawodnie do 125°C, z krótkoterminową tolerancją 150°C.

Wniosek
Ciężkie miedziane płytki PCB są niezbędne dla wysokowydajnej elektroniki napędzającej odnawialne źródła energii, motoryzację i rewolucje przemysłowe.i wytrzymałość w trudnych warunkach sprawia, że są niezastąpione w zastosowaniach, w których awaria nie jest opcją.

Współpracując z wiodącymi producentami, takimi jak LT CIRCUIT, którzy łączą wiedzę w zakresie grubości pokrycia miedzi z rygorystyczną kontrolą jakości, inżynierowie mogą wykorzystać te płyty do budowy bardziej wydajnych, kompaktowych płyt.,W związku z dalszym wzrostem gęstości mocy (np. 800V EV, 1MW falowniki słoneczne), ciężkie PCB miedziane pozostaną kamieniem węgielnym projektowania o dużej mocy,umożliwienie technologii kształtujących naszą przyszłość.