برد مدار چاپی با مس ضخیم

برد مدار سنگین مسی چیست؟

برد مدار سنگین مسی نوع خاصی از برد مدار چاپی است. همان‌طور که از نامش پیداست، ویژگی اصلی آن این است که ضخامت فویل مسی آن از برد معمولی PBC بیشتر است. ضخامت مس در برد مدار معمولی معمولاً بین 0.5 تا 2 اونس است (یعنی 17.5 تا 70 میکرون)، در حالی که ضخامت مس در برد مدار سنگین مسی بیش از 2 اونس است. زمانی که ضخامت فویل مسی به 10 اونس یا بیشتر برسد، این نوع برد مدار به نام Extreme Copper PCB شناخته می‌شود که نوع پیشرفه‌تری از برد مدار سنگین مسی است. در برخی شرایط خاص، ضخامت فویل مسی حتی می‌تواند به 20 اونس (حدود 700 میکرون) برسد که به مراتب از استاندارد ضخامت لایه مسی برد مدار سنگین مسی معمولی فراتر می‌رود.

با پیشرفت زمینه‌های انرژی نو، خودکارسازی صنعتی و سایر زمینه‌ها به سمت توان بالا و سازگاری با محیط‌های شدید، مدارهای چاپی با مس سنگین (Heavy Copper PCB) و مدارهای چاپی با مس بسیار ضخیم به کلیدی برای پاسخگویی به نیازهای حمل جریان بالا و پراکندگی حرارت قوی تبدیل شده‌اند. موارد استفاده از مدارهای چاپی با مس سنگین نیز به طور مداوم گسترش یافته است و شامل کنترل صنعتی، تجهیزات انرژی نو، الکترونیک خودرو و تجهیزات پزشکی می‌شود و محصولات با ضخامت‌های مختلف مس، متناسب با شرایط مختلف استفاده می‌شوند. مدارهای چاپی با مس فوق‌العاده ضخیم برای شرایط سخت‌گیرانه‌تری مناسب هستند.

برای پاسخگویی جامع به الزامات عملکرد الکتریکی، استحکام مکانیکی و سازگاری فرآیند، معمولاً برد مدار سنگین مسی (Heavy Copper PCB) از زیرلایه‌های عایقی بر پایه FR-4 با دمای گذار شیشه‌ای بالا (Tg ≥ 150°C) استفاده می‌کند. در برخی موارد، از مواد سرامیکی پرکننده یا مواد کامپوزیتی پایه فلزی یا مواد پلی‌ایمید (PI) استفاده می‌شود تا مقاومت در برابر گرما، هدایت حرارتی و مقاومت در برابر تنش مکانیکی افزایش یابد و با الزامات لایه‌کردن لایه ضخیم مس و کار در دمای بالا سازگار شود.

مزایای کلیدی برد مدار سنگین مسی

در شرایطی که الزامات عملکردی محصولات الکترونیکی روز به روز سفت‌تر می‌شود، برد مدار سنگین مسی به دلیل ویژگی‌های منحصر به فردش که در مقایسه با برد مسی معمولی برجسته است، به یک انتخاب کلیدی برای پاسخگویی به الزامات عملکرد الکتریکی، عملکرد دفع گرما، قابلیت اطمینان، سازگاری محیطی، اندازه و یکپارچگی تبدیل شده است. مزایای برجسته آن شامل موارد زیر است:

1. ظرفیت بسیار بالا برای تحمل جریان و ولتاژ

افزایش ضخامت فویل مسی به طور مستقیم سبک مقطع هادی را افزایش می‌دهد، این امر امکان این را فراهم می‌کند که برد مسی سنگین جریان و ولتاژ بیشتری را نسبت به برد معمولی منتقل کند. برای مثال، تجهیزاتی مانند ماژول‌های قدرت صنعتی و سیستم‌های قدرت کامیون‌های برقی نیازمند انتقال جریان‌های بزرگ (در بیشتر موارد بیش از 5 آمپر) هستند. سیم‌های مسی معمولی (0.5 تا 2 اونس) به دلیل گرمای اضافی دچار سوختگی می‌شوند، در حالی که برد مسی سنگین (به ویژه بیش از 4 اونس) با افزایش ضخامت لایه مسی، مقاومت را کاهش داده و از خطر جریان بیش از حد جلوگیری می‌کند؛ در شرایط با ولتاژ بالا (مانند سیستم‌های کنترل قدرت)، ساختار فیزیکی مس ضخیم‌تر می‌تواند بهتر در برابر تنش‌های الکتریکی مقاومت کند و خطر شکست عایق را کاهش دهد.

2. پراکندگی گرمای برجسته و پایداری حرارتی

مس یک ماده هدایت کننده حرارتی بسیار خوب است (هدایت حرارتی حدود 401 وات/(متر·کلوین))، و لایه ضخیم مسی می‌تواند به عنوان یک "کانال انتقال گرما" کارآمد عمل کند و به طور قابل توجهی کارایی دفع گرما را افزایش دهد. گرمای تولید شده توسط دستگاه‌های توان بالا در حین کار می‌تواند از طریق صفحه ضخیم مسی به سرعت در تمام برد مدار چاپی (PCB) پخش شود و دمای اتصال دستگاه را کاهش دهد (در مقایسه با برد مدارهای معمولی، افزایش دما می‌تواند 10 تا 20 درجه سانتی‌گراد کاهش یابد)؛ در محیطی با چرخه دمایی (مانند 40- تا 125 درجه سانتی‌گراد)، انعطاف‌پذیری حرارتی مس ضخیم می‌تواند تنش حرارتی را کاهش دهد، شکستن خطوط ناشی از تغییرات دمایی متناوب را کاهش دهد و ثبات عملکرد بلندمدت را بهبود بخشد.

3. قابلیت اطمینان بالا و استحکام مکانیکی

ساختار فیزیکی برد مدار سنگین مسی (Heavy Copper PCB) باعث مقاومت بیشتر در برابر آسیب می‌شود، به‌ویژه در شرایطی که نیاز به قابلیت اطمینان بالا دارند. افزایش ضخامت لایه مس، استحکام مکانیکی مسیرها و اتصالات را افزایش می‌دهد، این برد می‌تواند ارتعاش و ضربه را تحمل کند (مانند محفظه موتور خودرو، تجهیزات حمل و نقل ریلی) و شکستگی‌های خطوط ناشی از تنش مکانیکی را کاهش دهد؛ چسبندگی بین مس ضخیم و زیرلایه پایدارتر است و در فرآیندهایی مانند لحیم‌کاری و تعمیر مجدد، کندگی فویل مسی کمتر اتفاق می‌افتد و این موضوع خطر عیوب عملکردی را کاهش می‌دهد.

4. سازگاری برجسته با محیط‌های سخت

بردهای مدار سنگین مسی در محیط‌های دشوار، تحمل بیشتری نسبت به برد معمولی دارند، به‌طوری که عملکرد آنها بسیار بهتر است:

• مقاومت در برابر دمای بالا و پایین: می‌تواند در محدوده دمایی بسیار سخت از -55 درجه سانتی‌گراد تا 150 درجه سانتی‌گراد به‌خوبی کار کند، مناسب برای کاربردهای هوافضا و تجهیزات نظامی؛
  
• مقاومت در برابر خوردگی و پیری: مس ضخیم دارای "حاشیه خوردگی" بزرگ‌تری است و عمر مفید آن 3 تا 5 برابر بیشتر از مدارهای چاپی معمولی در شرایط رطوبت بالا، چکه نمکی (مانند تجهیزات دریایی) و خوردگی شیمیایی (مانند محیط‌های صنعتی) می‌باشد.
  
• مقاومت در برابر تداخل الکترومغناطیسی (EMI): لایه ارتینگ مس ضخیم می‌تواند امپدانس را کاهش دهد، نویز نوسان ولتاژ زمین را سرکوب کند، تداخل سیگنال را کاهش دهد و یکپارچگی سیگنال‌های با فرکانس/سرعت بالا را بهبود بخشد.
  

5. کمک به کوچک‌سازی تجهیزات و بهینه‌سازی هزینه

در طراحی تجهیزات با توان بالا، مدارهای چاپی با مس ضخیم (Heavy Copper PCBs) می‌توانند جریان‌های بزرگ را از طریق یک سیم واحد حمل کنند و اینگونه طراحی با حذف نیاز به سیم‌های موازی متعدد در مدارهای چاپی معمولی، منجر به کاهش تعداد لایه‌های مدار چاپی (برای مثال از ۸ لایه به ۶ لایه)، کوچک‌تر شدن اندازه برد و در نتیجه کاهش ابعاد تجهیزات می‌شوند. همچنین این طراحی به کاهش تعداد قطعات (برای مثال کاهش رادیاتورها و اتصال‌دهنده‌های سیم) و بهینه‌سازی هزینه کل سیستم کمک می‌کند. هرچند هزینه تولید مدارهای چاپی با مس ضخیم بالاتر است، اما هزینه کل در طول چرخه عمر پایین‌تر خواهد بود.

محدودیت‌های مدارهای چاپی با مس ضخیم

اگرچه مدارهای چاپی با مس ضخیم مزایای قابل توجهی در عبور جریان‌های بالا و قابلیت اطمینان دارند، اما خواص منحصر به فرد مواد و فرآیند تولید آن‌ها محدودیت‌هایی را نیز به همراه می‌آورد که غیرقابل اجتناب هستند. این معایب کاربرد آن‌ها را در برخی سناریوهای خاص محدود می‌کنند و عمدتاً در سه زمینه زیر نمایان می‌شوند:

۱. مناسب برای طراحی‌های با دانسیته بالای سیم‌کشی نیست

فويل مسی برد مس سنگین ضخیم است و در حین اچینگ ساختن خطوط نازک و باریک دشوار است، بنابراین عرض و فاصله خطوط باید بیشتر از 6 میل باشد؛ اما فاصله و عرض خطوط مورد نیاز برای سیم‌کشی با تراکم بالا اغلب کمتر از 4 میل است، انگار اینکه از یک گوساله خواسته شود در یک کوچه باریک راه رود که غیرممکن است. بنابراین برد مس سنگین فقط در جاهایی مانند ماژول‌های تغذیه که به دنبال سیم‌کشی متراکم نیستند قابل استفاده است و در مواقعی مانند برد اصلی گوشی‌های هوشمند که نیاز به انتقال سیگنال با تراکم بالا دارند، کارایی ندارد.

2. فرآیند تولید دشوار

فرآیند تولید برد مس سنگین دقت فرآیندی بسیار بالاتری نسبت به برد معمولی را می‌طلبد و چالش‌های اصلی در این زمینه متمرکز شده‌اند:

• مرحله اچینگ: هرچه ضخامت فویل مسی بیشتر باشد، کنترل نفوذ و یکنواختی واکنش محلول اچ کننده دشوارتر است، که می‌تواند منجر به مشکلاتی مانند لبه‌های ناهموار در خطوط و انحراف بیش از حد در عرض خطوط شود و عملکرد مدار را تحت تأثیر قرار دهد.
  
• مرحله لایه‌گذاری: پس از اچینگ، شیارهای بین سیم‌کشی بزرگ هستند و نیاز به مقدار زیادی رزین برای پر کردن این فاصله‌ها دارند. اگر پرکننده کافی نباشد یا حباب‌هایی وجود داشته باشد، چسبندگی بین لایه‌های PCB کافی نخواهد بود و در هنگام لحیم کاری یا استفاده، لایه‌لایه شدن رخ می‌دهد که می‌تواند باعث اتصال کوتاه یا مدار باز شود.
  
• مسک سوراخ و پردازش سطحی: تختی سطح مس ضخیم ضعیف است و در هنگام چاپ جوهر مسک سوراخ مشکلاتی مانند پوشش ناهموار و تشکیل حباب اتفاق می‌افتد که خطر بروز مشکلات لحیم‌کاری در مراحل بعدی را افزایش می‌دهد.
  

هزینه بالا

از نظر مواد، مقدار فویل مسی مورد استفاده بسیار بیشتر از برد مدار چاپی معمولی است. از نظر فرآیند تولید، فرآیندهای پیچیده اچ کردن و لایه‌کردن، چرخه تولید را افزایش می‌دهند و ضایعات بالا می‌رود که هزینه‌های فرآوری را نیز بالا می‌کشد.

پیشنهادات مشخصات طراحی برای برد مدار چاپی سنگین مسی

برای بهره‌برداری کامل از مزایای برد مدار چاپی سنگین مسی، جلوگیری از دشواری‌های فرآیند تولید و تضمین عملکرد، باید در هنگام طراحی برد مدار چاپی سنگین مسی از دسته‌ای از مشخصات هدفمند پیروی کرد تا تعادلی بین عملکرد و امکان ساخت برقرار شود:

1. حداقل عرض خط نباید کمتر از 0.3 میلی‌متر باشد تا از شکستن خطوط به دلیل دشواری در فرآیند اچ کردن جلوگیری شود;
2. حداقل فاصله بین دو ردیف مجاور نباید کمتر از 0.25 میلی‌متر باشد تا از اتصال کوتاه به دلیل اچ کردن ناقص جلوگیری شود;
3. فاصله بین فویل مسی اطراف سوراخ ثابت و لبه سوراخ باید ≥0.4 میلی‌متر باشد و در محدوده 1.5 میلی‌متری لبه سوراخ نباید سیم‌های نازک وجود داشته باشد تا استحکام مکانیکی افزایش یابد؛
4. فاصله بین مسیر و لبه PCB باید ≥3 میلی‌متر باشد (در موارد خاص می‌تواند به 1.5 میلی‌متر کاهش یابد، اما در این حالت عرض مسیر باید ≥1.5 میلی‌متر باشد) تا از ریزش فویل مسی ناشی از تنش لبه جلوگیری شود؛
5. فاصله بین دستگاه‌های توان بالا و خازن‌های بزرگ باید 5 میلی‌متر باشد تا تداخل سیگنال کاهش یابد؛
6. عرض خط ارت نباید کمتر از 0.5 میلی‌متر باشد تا قابلیت اطمینان اتصال به زمین و کارایی پراکندگی حرارتی تضمین شود؛
7. پد نباید به طور مستقیم به فویل مسی برهنه یا سایر پدها متصل شود تا از اتصال کوتاه لحیم‌کاری جلوگیری شود؛
8. طراحی ساختار تخلیه حرارتی اختصاصی برای اجزای با توان بالا و به کارگیری راهکار کابل‌کشی با تراکم پایین برای تطبیق با ویژگی‌های فرآیند مس ضخیم الزامی است.

مشخصات برد مدار سنگین مسی در LHD TECH

دلایل انتخاب لینگ هانگدا برای تولید برد مدار سنگین مسی (Heavy Copper PCB)

در زمینه تولید برد مدار سنگین مسی (Heavy Copper PCB)، لینگ هانگدا به دلیل سابقه طولانی، استحکام فنی عالی و خدمات کیفیت بالا یک انتخاب ایده‌آل برای بسیاری از مشتریان شده است. در ادامه به طور کامل به دلایل انتخاب لینگ هانگدا پرداخته شده است:

• تجربه غنی:

  از سال 2003 به طور گسترده در زمینه PCB مشارکت داشته و بیش از 20 سال است که بر تکنولوژی PCB کاپیل سنگین تمرکز کرده است. این شرکت سابقه اجرایی موفقی در حوزه‌های الکترونیک خودرو، تغذیه صنعتی و سایر کاربردها را دارد و می‌تواند مشکلات اصلی مانند عبور جریان بالا و دفع گرما را به طور دقیق حل کند.
  

• ظرفیت تولید قوی:

  20,000 متر مربع سالن کارخانه مدرن، با ظرفیت تولید ماهانه 50,000 متر مربع، مجهز به تجهیزات خراطی و پرسینگ با دقت بالا و بیش از 650 متخصص جهت تضمین تحویل به موقع سفارش‌ها.
  

• تیم با کیفیت بالا:

  تیم فنی با ویژگی‌های حرفه‌ای قوی و تجربه عملی گسترده و گروهی از کارگران خط تولید که به طور منسجم آموزش دیده‌اند و در بهره‌برداری مهارت دارند.
  

• کنترل دقیق:

  ایجاد سیستم تضمین کیفیت در تمام مراحل فرآیند و افزایش قدرت رقابت از طریق نوآوری مداوم؛
  

• کیفیت مطمئن:

  با تجهیزات پیشرفته تولید و آزمایش، تمام فرآیند از سیستم کیفیت بین‌المللی پیروی می‌کند و از طریق آزمایش‌های دقیق مانند AOI و اشعه ایکس، اطمینان حاصل می‌شود که محصولات از استانداردهای IPC تبعیت می‌کنند و فاقد عیوبی مانند اتصال کوتاه و لایه‌لایه شدن هستند.
  

• سرویس جامع:

  ارائه خدمات یکپارچه از طراحی سفارشی، تولید بهینه تا پشتیبانی پس از فروش دائمی، کاهش هزینه‌های مشتری و همراهی در تمام مراحل فرآیند.
  

• ظرفیت تحویل سریع:

  بهینه‌سازی فرآیندهای تولید و زمان‌بندی منابع، پیشرفت کارآمد پروژه‌ها، کمک به مشتریان در اسراع در عرضه محصولات در بازار و تصاحب فرصت‌ها.
  

اگر به دنبال یک شریک برای تولید PCBهای مس سنگین (Heavy Copper PCB) هستید، لطفاً در هر زمان با تیم فروش لینگ هانگ دا تماس بگیرید، ما بلافاصله یک برنامه پیشنهادی برای شما ارسال خواهیم کرد.