Plošný spoj s tlustou měďí

Co je těžký měděný plošný spoj?

Těžký měděný plošný spoj je speciální typ tištěného spoje. Jak už název napovídá, jeho hlavní vlastností je, že tloušťka měděné fólie přesahuje tloušťku tradičního plošného spoje. Tloušťka mědi v tradičním plošném spoji je obvykle mezi 0,5 až 2 uncemi (tj. 17,5 až 70 mikronů), zatímco tloušťka těžkého měděného plošného spoje je větší než 2 unce. Když tloušťka měděné fólie dosáhne 10 uncí nebo více, je tento typ plošného spoje označován jako extrémně měděný plošný spoj, což je pokročilý typ těžkého měděného plošného spoje. V některých extrémních případech může tloušťka měděné fólie dosáhnout až 20 uncí (přibližně 700 μm), což výrazně převyšuje standard tloušťky měděné vrstvy u běžných těžkých měděných plošných spojů.

S rozvojem oblastí jako nové energie, průmyslová automatizace a další směřující k vysokým výkonům a adaptaci na extrémní prostředí se těžké měděné desky plošných spojů (Heavy Copper PCB) a extrémně tlusté měděné desky staly klíčovými pro uspokojení požadavků na vysokou proudovou zatížitelnost a silné odvádění tepla. Oblasti použití těchto desek se rovněž neustále rozšiřují, například v průmyslové automatizaci, zařízeních pro nové energie, automobilové elektronice a lékařských přístrojích, kde produkty s různou tloušťkou mědi nacházejí uplatnění v různých scénářích. Desky s ultra-tlustou mědí jsou přizpůsobeny náročnějším podmínkám.

Aby byly komplexně splněny požadavky na elektrický výkon, mechanickou odolnost a přizpůsobení procesům, Heavy Copper PCB obvykle volí izolační substráty na bázi FR-4 s vysokou teplotou skelného přechodu (Tg ≥ 150°C). V některých případech se používají keramické plnivové materiály, kovové kompozity nebo polyimidové (PI) materiály k zajištění vyšší odolnosti proti vysokým teplotám, lepší tepelné vodivosti a odolnosti proti mechanickému namáhání a přizpůsobení požadavkům laminace silných měděných vrstev a provozu za vysokých teplot.

Klíčové výhody Heavy Copper PCB

V kontextu stále přísnějších požadavků na výkon elektronických produktů se Heavy Copper PCB stává klíčovou volbou pro splnění požadavků na elektrický výkon, odvod tepla, spolehlivost, přizpůsobení prostředí, rozměry a integraci díky svým nezapojitelným vlastnostem oproti běžným měděným tištěným deskám. Mezi jeho významné výhody patří:

1. Mimořádná vodivost proudu a napětí

Zvýšení tloušťky měděné fólie přímo zvyšuje průřez vodiče, díky čemuž Heavy Copper PCB mohou vést proud a napětí daleko převyšující běžné PCB. Například zařízení, jako jsou průmyslové výkonové moduly a elektrické systémy nákladních automobilů, potřebují přenášet velké proudy (často přesahující 5 A). Běžné měděné vodiče (0,5–2 unce) jsou náchylné k přehřátí a hoření, zatímco Heavy Copper PCB (obzvláště nad 4 unce) mohou snížit odpor zvýšením tloušťky měděné vrstvy a tím eliminovat riziko nadproudu; v aplikacích s vysokým napětím (např. výkonové řídicí systémy) může fyzická struktura tlusté mědi lépe odolávat elektrickému napětí a snižovat riziko průrazu izolace.

2. Vynikající odvod tepla a tepelná stabilita

Měď je vynikající tepelně vodivý materiál (tepelná vodivost je přibližně 401W/(m・K)) a silná měděná vrstva může sloužit jako účinný "tepelný kanál", který výrazně zvyšuje účinnost odvodu tepla. Teplo generované výkonovými součástkami během provozu může být prostřednictvím silné měděné desky rychle rozptýleno po celé desce plošných spojů (PCB), čímž se sníží teplota přechodu součástky (ve srovnání s běžnými PCB lze omezit nárůst teploty o 10–20°C); v prostředí s cyklickou změnou teploty (např. -40°C až 125°C) může tepelná duktilita silné mědi zmírnit tepelné napětí, snížit praskání vodičů způsobené střídáním tepla a chladu a zlepšit dlouhodobou provozní stabilitu.

3. Vysoká spolehlivost a mechanická pevnost

Fyzická struktura těžkých měděných desek pohonného okruhu (Heavy Copper PCB) jí dodává větší odolnost proti poškození, zejména pro scénáře s přísnými požadavky na spolehlivost. Zvýšení tloušťky měděné vrstvy zvyšuje mechanickou odolnost vedení a přechodových otvorů (vias), což odolává vibracím a nárazům (např. u motorových prostor automobilů, kolejových dopravních prostředků) a snižuje pravděpodobnost přerušení vedení způsobeného mechanickým namáháním; vazebná síla mezi tlustou mědí a substrátem je stabilnější, a proto nedochází k odpadávání měděné fólie během procesů jako je pájení nebo předělávání, čímž se snižuje riziko funkčních vad.

4. Vynikající přizpůsobivost extrémním prostředím

Těžké měděné desky pohonného okruhu (Heavy Copper PCB) projevují větší odolnost v náročných prostředích, a výrazně překonávají běžné desky pohonného okruhu:

• Odolnost proti vysokým a nízkým teplotám: Může stabilně pracovat v extrémním teplotním rozmezí -55 °C až 150 °C, což je vhodné pro oblasti využití v letectví, vesmíru a vojenské technice;
  
• Odolnost proti korozi a stárnutí: Tlustá měď má větší „korozní rezervu“, a proto má životnost 3 až 5krát delší než u běžných plošných spojů v podmínkách vysoké vlhkosti, slaného mlhy (např. námořní zařízení) a chemické koroze (např. průmyslové chemické prostředí);
  
• Odolnost proti elektromagnetickému rušení (EMI): Uzemňovací vrstva tlusté mědi snižuje impedanci, potlačuje rušení způsobené zemním skokem, snižuje rušení signálu a zlepšuje integritu vysokofrekvenčních/vysokorychlostních signálů.
  

5. Pomáhá při miniaturizaci zařízení a optimalizaci nákladů

Při návrhu výkonově náročných zařízení mohou těžké měděné desky pohánět velké proudy jediným vodičem, čímž nahrazují návrh „více paralelních vodičů“ na běžných deskách plošných spojů a tím snižují počet vrstev desky (např. z 8 na 6 vrstev), zmenšují rozměry desky a umožňují miniaturizaci zařízení. Také pomáhají snížit počet komponent (např. chladičů a vodičových konektorů) a optimalizovat celkové náklady na systém. Ačkoliv výrobní náklady těžkých měděných desek jsou vyšší, celkové náklady na celý životní cyklus jsou nižší.

Omezení těžkých měděných desek

Ačkoliv těžké měděné desky mají významné výhody v oblasti vysoké proudové zatížitelnosti a spolehlivosti, jejich jedinečné materiálové vlastnosti a výrobní procesy zároveň přinášejí některá nevyhnutelná omezení. Tyto nevýhody omezují jejich použitelnost v konkrétních scénářích, což se projevuje hlavně v následujících třech aspektech:

1. Není vhodné pro vysokohustotní zapojení

Měděná fólie u Heavy Copper PCB je silná a během leptání je obtížné vytvářet tenké a úzké linky, proto musí být šířka a vzdálenost linií větší než 6 mil; požadovaná šířka a vzdálenost pro vysokohustotní zapojení však často bývá menší než 4 mil, což připomíná požadavek na to, aby "velký chlap" obratně prošel úzkou uličkou, a to prostě není možné. Proto lze Heavy Copper PCB použít pouze na místech, jako jsou napájecí moduly, kde není vyžadováno husté zapojení, a nelze ji použít v oblastech, jako jsou například smartphoneové desky plošných spojů, které vyžadují přenos signálů vysoké hustoty.

2. Obtížný výrobní proces

Výrobní proces Heavy Copper PCB vyžaduje mnohem vyšší přesnost než u běžného PCB a klíčové výzvy jsou soustředěny na:

• Fáze leptání: Čím silnější je měděná fólie, tím obtížnější je kontrolovat průnik a rovnoměrnost reakce leptadla, což může vést k problémům, jako jsou drsné okraje vodičů a nadměrná odchylka šířky vodičů, a tím ovlivnit výkon obvodu;
  
• Fáze laminace: Po leptání je mezera mezi vodiči velká a k jejímu vyplnění je potřeba velké množství pryskyřice. Pokud dojde k nedostatečnému vyplnění nebo vzniku bublin, může to vést k nedostatečnému spojení mezi jednotlivými vrstvami plošného spoje, což může způsobit vrstvení během pájení nebo použití a následně zkrat nebo přerušení vodiče;
  
• Tisková maska a povrchová úprava: Rovinnost silné měděné vrstvy je špatná, při tisku tiskové masky mohou nastat problémy, jako je nerovnoměrné nanášení a vznik bublin, čímž se zvyšuje riziko nesprávného pájení ve výrobním procesu.
  

Vysoké náklady

Pokud jde o materiály, množství použité měděné fólie je mnohem větší než u běžných plošných spojů. Z hlediska zpracování prodlužují výrobní cyklus složité procesy leptání a laminování, přičemž je vysoká míra odpadu, což dále zvyšuje náklady na zpracování.

Doporučení pro specifikace návrhu těžkého měděného plošného spoje (Heavy Copper PCB)

Aby byly plně využity výhody těžkého měděného plošného spoje (Heavy Copper PCB), bylo předešlo potížím s výrobními procesy a byla zajištěna jeho funkčnost, měly by být při návrhu Heavy Copper PCB dodržovány cílené specifikace, které vyváží funkčnost a výrobní možnosti:

1. Minimální šířka vodiče by neměla být menší než 0,3 mm, aby nedošlo k přetržení vodiče kvůli obtížím s leptáním;
2. Minimální vzdálenost mezi sousedními vodiči by neměla být menší než 0,25 mm, aby nedošlo ke zkratu způsobenému neúplným leptáním;
3. Vzdálenost mezi měděnou fólií kolem upínacího otvoru a okrajem otvoru by měla být ≥0,4 mm, a do vzdálenosti 1,5 mm od okraje otvoru nesmí být žádné tenké vodiče, aby se zvýšila mechanická pevnost;
4. Vzdálenost mezi stopou a okrajem plošného spoje by měla být ≥3 mm (v zvláštních případech lze snížit na 1,5 mm, ale v tomto případě musí být šířka stopy ≥1,5 mm), aby se předešlo odpadávání měděné fólie v důsledku okrajového napětí;
5. Vzdálenost mezi vysokofrekvenčními výkonovými součástkami a velkými kondenzátory by měla činit 5 mm, aby se snížilo rušení signálu;
6. Šířka zemnícího vodiče nesmí být menší než 0,5 mm, aby byla zajištěna spolehlivost uzemnění a účinnost odvodu tepla;
7. Ploška nesmí být přímo spojena s holou měděnou fólií nebo jinými ploškami, aby se zabránilo zkratu při pájení;
8. Pro výkonové součástky je nutné navrhnout speciální konstrukci pro odvod tepla a použít řešení s nízkou hustotou vodičů, aby se přizpůsobilo vlastnostem tlusté mědi.

Specifikace těžkých měděných PCB společnosti LHD TECH

Důvody pro výběr Linghangda pro výrobu těžkých měděných desek plošných spojů

V oblasti výroby těžkých měděných desek plošných spojů se společnost Linghangda stala ideální volbou pro mnoho zákazníků díky svému hlubokému know-how, vynikající technické úrovni a komplexním službám vysoké kvality. Níže naleznete podrobné vysvětlení všech důvodů pro výběr Linghangda:

• Bohaté zkušenosti:

  Od roku 2003 je hluboce zapojena do oblasti desek plošných spojů a více než 20 let se zaměřuje na technologii těžkých měděných desek plošných spojů. Máme zkušenosti s automobilovou elektronikou, průmyslovými zdroji energie a dalšími scénáři a dokážeme přesně vyřešit klíčové problémy, jako je vysoký proud a odvod tepla.
  

• Silná výrobní kapacita:

  20 000 metrů čtverečních moderních výrobních hal, s měsíční výrobní kapacitou 50 000 metrů čtverečních, vybavených přesnými leptacími a lisovacími zařízeními a více než 650 odborníky, což zaručuje efektivní dodání objednávek.
  

• Vysoce kvalitní tým:

  Technický tým s výraznými odbornými kvalitami a bohatými praktickými zkušenostmi a skupina průmyslových dělníků na první linii, kteří prošli systematickým školením a jsou v provozu zběhlí.
  

• Kontrola detailů:

  Zřídit komplexní systém zajištění kvality a prostřednictvím neustálé inovace zvyšovat konkurenceschopnost;
  

• Spolehlivá kvalita:

  Vybaven pokročilým výrobním a zkušebním zařízením, celý proces odpovídá mezinárodnímu systému kvality a prostřednictvím přísného testování, jako je AOI a rentgen, zajistit, aby produkt odpovídal normě IPC a nebyly přítomny žádné vady, jako je zkrat nebo vylupování.
  

• Komplexní služby:

  Poskytujeme jednostopovou službu od individuálního návrhu, efektivní výroby až po trvalou pozáruční podporu, snižujeme náklady zákazníků a provázíme celý proces.
  

• Rychlá dodací schopnost:

  Optimalizovat výrobní procesy a plánování zdrojů, efektivně prosazovat projekty, pomáhat zákazníkům rychle uvádět produkty na trh a včas využívat příležitosti.
  

Pokud hledáte partnera pro výrobu těžkých měděných PCB, neváhejte kdykoli kontaktovat prodejní tým společnosti Linghangda, který vám okamžitě zašle cenovou nabídku.