Paksun kuparin PCB

Mikä on raskas kuparipiiri (Heavy Copper PCB)?

Raskas kuparipiiri (Heavy Copper PCB) on erityyppinen painattamaton piirilevy. Kuten sen nimestä ilmenee, sen keskeinen ominaisuus on kuparilevyn paksuuden ylittäminen perinteisen PBC:n suhteen. Perinteisen PCB:n kuparilevyn paksuus on yleensä 0,5–2 unssia (eli 17,5–70 mikrometriä), kun taas raskaan kuparipiirin (Heavy Copper PCB) paksuus on yli 2 unssia. Kun kuparilevyn paksuus saavuttaa 10 unssia tai enemmän, tälläisestä PCB:stä käytetään nimitystä Extreme Copper PCB, joka on edistynyt muoto raskaasta kuparipiiristä (Heavy Copper PCB). Joidenkin äärimmäisten tilanteiden yhteydessä kuparilevyn paksuus voi jopa saavuttaa 20 unssia (noin 700 μm), mikä ylittää huomattavasti perinteisen raskaan kuparipiirin (Heavy Copper PCB) kuparikerroksen paksuusstandardin.

Kun uuden energian, teollisen automaation ja muiden alojen kehitys etenee kohti suurempaa tehoa ja äärimmäisten olosuhteiden mukautumista, raskas kuparipohjaiset PCB:t ja erittäin paksut kuparilevyt ovat tulleet keskeiseksi ratkaisuksi suuren virrankuljetuksen ja tehokkaan lämmön hajaantumisen tarpeisiin. Raskaiden kuparilevyjen käyttöalueet laajenevat jatkuvasti ja niitä käytetään teollisuuden ohjauksessa, uuden energian laitteissa, autoelektroniikassa ja lääkintälaitteissa. Eri kuparipaksuuksilla varustetut tuotteet soveltuvat erilaisiin käyttökohteisiin. Erittäin paksut kuparilevyt soittyvät tiukempiin olosuhteisiin.

Jotta voidaan täysin vastata sähköisten suorituskykymäärien, mekaanisen lujuuden ja prosessisoveltuvuuden vaatimuksia, raskaiden kuparipiirilevyjen (Heavy Copper PCB) valmistuksessa valitaan yleensä eristävät pohjat korkean Tg:n FR-4-materiaalista (Tg ≥ 150 °C). Tietyissä sovelluksissa keraaminen täyte tai metallipohjaiset komposiittimateriaalit tai polyimidimateriaalit (PI) voivat parantaa lämpökestoisuutta, lämmönjohtavuutta ja mekaanista rasitusta kestävyyttä sekä sopeutua vaatimuksiin paksun kuparikerroksen laminointiin ja korkeassa lämpötilassa toimintaan.

Raskaiden kuparipiirilevyjen (Heavy Copper PCB) keskeiset edut

Kun elektronisten laitteiden suorituskykymäärit ovat tiukkenevat, raskas kuparipiirilevy (Heavy Copper PCB) on tullut keskeiseksi valinnaksi vastaamaan sähköisiä suorituskykyä, lämmön hajottamista, luotettavuutta, ympäristösoveltuvuutta, kokoa ja integraatiota, joissa tavalliset piirilevyt eivät kykenemää. Sen merkittävät edut ovat seuraavat:

1. Erittäin vahva virta- ja jännitekestoisuus

Kuparifoliopaksuuden lisääntyminen suurentaa suoraa poikkipinta-alaa, mikä mahdollistaa raskaiden kuparipiirilevyjen (Heavy Copper PCB) käytön suurempien sähkövirtojen ja jännitteiden siirtämiseen kuin tavallisissa piirilevyissä. Esimerkiksi teollisuuden virtamoduulit ja sähköisten lastautojen virtajärjestelmät vaativat suurten sähkövirtojen (usein yli 5 A) siirtoa. Tavalliset kuparilangat (0,5–2 unssia) ovat alttiita palamiselle ylikuumenemisen vuoksi, kun taas raskaiden kuparipiirilevyjen (erityisesti yli 4 unssia) avulla voidaan vähentää vastusta lisäämällä kuparikerroksen paksuutta, jolloin voidaan välttää ylivirtaongelmat. Korkean jännitteen sovelluksissa (esim. tehonhallintajärjestelmissä) paksun kuparin fyysinen rakenne kestää paremmin sähkökentän aiheuttamaa rasitusta ja vähentää eristysvian riskiä.

2. Erinomainen lämmönjohtavuus ja lämpötilavakaus

Kupari on erinomainen lämmönjohtava materiaali (lämmönjohtavuus on noin 401 W/(m・K)), ja paksu kuparikerros voidaan käyttää tehokkaana "lämmön hajaantumiskanavana" parantaen huomattavasti lämmön hajaantumis tehokkuutta. Suuritehoisten komponenttien käytön aikana syntyvä lämpö voidaan nopeasti hajaantaa koko PCB:lle paksun kuparipadilla, mikä alentaa komponentin liitoskohtien lämpötilaa (verrattuna tavallisiin PCB:ihin, lämpötilannousua voidaan vähentää 10–20 °C); lämpötilasyyklöympäristössä (esimerkiksi -40 °C ~ 125 °C) paksumman kuparin lämpömuovattavuus voi lievittää lämpöjännitystä, vähentää vuorottelusta johtuvaa johdinrakenteen murtumista ja parantaa komponentin pitkän aikavälin käyttövakaavuutta.

3. Korkea luotettavuus ja mekaaninen lujuus

Raskaiden kuparipiirilevyjen (Heavy Copper PCB) fysikaalinen rakenne tekee siitä kestävämmän vaurioille, erityisesti sovelluksissa, joissa luotettavuusvaatimukset ovat tiukat. Paksuksen lisääntyminen kuparikerroksessa parantaa johdotuksen ja viakojen mekaanista lujuutta, ja sitä voidaan käyttää täshissä ja iskuherkissä ympäristöissä (esimerkiksi auton moottoritilassa, rautakulkuneuvokalustossa), mikä vähentää mekaanisen rasituksen aiheuttamia johdon katkoksia; paksumman kuparin ja substraatin välinen tartuntavoima on stabiilimpi, ja levy ei irtoa helposti hitsauksessa, uudelleenkorjauksessa ja muissa prosesseissa, mikä vähentää toiminnallisten vikojen riskiä.

4. Erinomainen sopeutumiskyky äärimmäisiin olosuhteisiin

Raskaat kuparipiirilevyt (Heavy Copper PCB) kestävät paremmin kovia olosuhteita ja niiden käyttöalue ylittää selvästi tavalliset piirilevyt:

• Korkean ja matalan lämpötilan kestävyys: Se voi toimia vakaasti äärimmäisessä lämpötilavälissä -55℃~150℃, ja se on soveltuva käytettäväksi ilmailu- ja avaruusteollisuuden sekä sotilaallisten laitteiden sovelluksissa;
  
• Korrosio- ja ikääntymisvastus: Pakkasella kuparilla on suurempi "korrosiomarginaali", ja sen käyttöikä on 3–5 kertaa pidempi kuin tavallisten PCB-levyjen käyttöikä korkeassa kosteudessa, suolaisessa ympäristössä (esimerkiksi meriteollisuudessa) ja kemiallisessa korrosiossa (esimerkiksi teollisissa kemikaaliympäristöissä);
  
• Sähkömagneettisen häiriön (EMI) vastustus: Pakkasen kuparin maadoituseristys voi vähentää impedanssia, estää maaponnistusta, vähentää signaalihäiriöitä ja parantaa korkeataajuisten/nopeiden signaalien eheyttä.
  

5. Auttaa laitteen miniatyrisoinnissa ja kustannusten optimoinnissa

Korkean tehon laitteiden suunnittelussa raskas kuparipohjaiset PCB:t voivat kuljettaa suuria virtoja yhden johtimen kautta, korvaamalla tavallisten PCB:ien suunnittelun "useilla rinnakkaisilla johtimilla", jolloin PCB-kerrosten määrää voidaan vähentää (esimerkiksi kahdeksasta kerroksesta kuuteen kerrokseen), laudan kokoa voidaan pienentää ja laitteiston miniatyrisointi toteuttaa. Tämä myös auttaa vähentämään komponenttien lukumäärää (esimerkiksi jäähdytyskappaleiden ja johdinliitosten lukumäärää) ja optimoimaan koko järjestelmän kustannuksia. Vaikka raskaan kuparipohjaisten PCB:ien valmistuskustannukset ovat korkeammat, niiden elinkaaren kustannukset ovat alhaisemmat.

Raskas kuparipohjaisen PCB:n rajoitukset

Vaikka raskas kuparipohjaisella PCB:llä on merkittäviä etuja suurten virtojen käsittelyssä ja luotettavuudessa, sen ainutlaatuiset materiaaliominaisuudet ja valmistusprosessit aiheuttavat myös joitain väistämättömiä rajoituksia. Nämä heikkoudet rajoittavat sen soveltuvuutta tietyissä tilanteissa, mikä näkyy pääasiassa seuraavilla kolmella alueella:

1. Ei sovellu tiheään johdotukseen

Raskaan kuparilevyn (Heavy Copper PCB) kuparifoli on paksu, ja sen ohut ja kapea viimeistely on vaikeaa syövytyksessä, joten viivanleveyden ja välin on oltava yli 6 mil; mutta tiheän johdotuksen vaatimat viivanleveys ja väli ovat usein alle 4 mil, mikä on kuin pyytäisi "iso miestä" kiertämään joustavasti "kapeassa sivukujassa", mikä on mahdotonta. Siksi raskasta kuparilevyä voidaan käyttää vain paikoissa, kuten tehomoduulit, joissa ei vaadita tiheää johdotusta, mutta se ei sovellu tilanteisiin, kuten älypuhelinten emolevyihin, joissa vaaditaan tiheää signaalin siirtoa.

2. Vaikea valmistusprosessi

Raskaan kuparilevyn (Heavy Copper PCB) valmistusprosessi vaatii paljon tarkempaa prosessointia kuin tavallinen PCB, ja ydshaasteet keskittyvät:

• Puhdistusvaihe: Mitä paksumpi kuparifoli on, sitä vaikeampaa on hallita etchantsin läpäisevyyttä ja reaktiotasaisuutta, mikä aiheuttaa helposti ongelmia, kuten karkeat johdinreunat ja liian suuret viivanleveyspoikkeamat, jotka vaikuttavat piirin toimintaan;
  
• Kerrostusvaihe: Puhdistuksen jälkeen johdinrako on suuri, ja sen täyttämiseen tarvitaan runsaasti hartsea. Jos rakoa ei täytetä riittävästi tai siihen jää ilmakuplia, kerrosten välinen liimaus on heikko, ja kerrostuminen voi esiintyä hitsauksessa tai käytössä, mikä voi helposti aiheuttaa oikosulun tai katkosen;
  
• Liu'otus ja pinnankäsittely: Pakkaan kuparin pinnan tasaisuus on huono, ja liu'otustulostuksessa esiintyy helposti ongelmia, kuten epätasainen pinnoite ja ilmakuplat, mikä lisää riskiä huonosta hitsauksesta myöhemmin.
  

Korkeat kustannukset

Materiaalien osalta käytetyn kuparifoliomäärä on paljon suurempi kuin tavallisten PCB-levyjen kohdalla. Valmistusprosessin osalta monimutkaiset ruiskutus- ja kerrostusprosessit pidentävät tuotantosykliä, ja hylkäysaste on korkea, mikä nostaa lisäksi valmistuskustannuksia.

Suositukset Heavy Copper PCB -suunnittelumäärittelyihin

Jotta Heavy Copper PCB -levyn edut saataisiin täysin käyttöön, valmistusvaikeudet voitaisiin välttää ja suorituskyky taattaisiin, suunniteltaessa Heavy Copper PCB -levyä tulisi noudattaa sarjaa kohdennettuja määrittelyitä, joilla tasapainotetaan toiminnallisuutta ja valmistettavuutta:

1. Pienimmän johdinleveyden tulisi olla vähintään 0,3 mm estämään johdinmurtumiset ruiskutushaasteiden vuoksi;
2. Vierekkäisten johdinten välinen pienin etäisyys ei saa olla alle 0,25 mm estämään oikosulkuja, jotka voivat johtua epätäydellisestä ruiskutuksesta;
3. Kiinteän reiän ympärillä olevan kuparifolioiden etäisyyden tulee olla ≥0,4 mm reiän reunaan nähden, ja reiän reunasta 1,5 mm:n sisällä ei saa olla ohuita johtimia mekaanisen lujuuden parantamiseksi;
4. Jälkien ja PCB:n reunan välinen etäisyys tulee olla ≥3 mm (poikkeustapauksissa sallitaan 1,5 mm:n etäisyys, mutta tällöin jälkien leveyden tulee olla ≥1,5 mm) reunajännityksen välttämiseksi, joka voi aiheuttaa kuparifolioiden irtoamista;
5. Suuren taajuuden virtalähteiden ja suurten kondensaattorien välinen etäisyys tulee olla 5 mm signaalin häiriöiden vähentämiseksi;
6. Maadoitusjohdon leveyden tulee olla vähintään 0,5 mm varmistaakseen luotettavan maadoituksen ja tehokkaan lämmön hajaantumisen;
7. Juotospadat eivät saa olla suoraan yhteydessä paljattoman kuparifolioiden tai muiden padojen kanssa estämään juotosoikosulkuja;
8. Korkean tehon komponenteille tulee suunnitella erillinen lämmön hajaantumisrakenne ja käyttää alhaisen tiheyden johdinratkaisua sopeutumaan paksumman kuparin valmistusominaisuuksiin.

Raskaiden kuparipohjaisten PCB-levyjen määrittelyt yrityksessä LHD TECH

Syitä valita Linghangda Heavy Copper PCB -tuotantoon

Heavy Copper PCB -tuotannon alalla Linghangdalla on ollut monien asiakkaiden ensisijainen valinta sen syvällisen perinnön, erinomaisen teknisen osaamisen ja kattavien korkealaatuisten palveluiden ansiosta. Seuraavassa on yksityiskohtainen selitys kaikista syistä, miksi valita Linghangda:

• Runsas kokemus:

  Vuodesta 2003 lähtien syvästi mukana PCB-alalla, erikoistunut Heavy Copper PCB -teknologiaan yli 20 vuotta. Meillä on kypsä kokemus automaatioelektroniikasta, teollisuuden virtalähteistä ja muista sovelluksista, ja osaamme ratkaista tarkasti ydiongelmia, kuten suuri virta ja lämmön hajaaminen.
  

• Vahva tuotantokapasiteetti:

  20 000 neliömetrin moderni tehdas, kuukausittainen tuotantokapasiteetti 50 000 neliömetriä, varustettu tarkalla syövytys- ja pressauskalustolla sekä yli 650 ammattilaisella varmistaaksemme tehokkaan toimituksen.
  

• Laadukas tiimi:

  Vahvalla ammattitaidolla ja runsaalla käytännön kokemuksella varustettu tekninen tiimi sekä ryhmä teollisuuden ensimmäisellä linjalla työskenteleviä työntekijöitä, joille on annettu järjestelmällistä koulutusta ja jotka hallitsevat toiminnassa tarvittavat taidot.
  

• Yksityiskohtien hallinta:

  Perustetaan koko prosessin kvaliteetin varmistusjärjestelmä ja kilpailukykyä parannetaan jatkuvalla innovaatiolla;
  

• Luotettava laatu:

  Varustettu edistyneellä tuotanto- ja testauskalustolla, koko prosessi noudattaa kansainvälistä laatustandardijärjestelmää ja tiukkojen testausten, kuten AOI- ja röntgentestauksen, kautta varmistetaan, että tuote täyttää IPC-standardit ja että siinä ei ole oikosulkuja tai kerrosten irtoamista.
  

• Laaja-alainen palvelu:

  Tarjotaan yhden pisteen palvelu räätälöidystä suunnittelusta tehokkaaseen tuotantoon ja jatkuvaan jälkimarkkinointitukeen, vähennetään asiakaskustannuksia ja tuodaan tuotteet markkinoille koko prosessin ajan.
  

• Nopea toimituskyky:

  Tuotantoprosessien ja resurssien ajoituksen optimointi edistää hankkeita tehokkaasti, auttaa asiakkaita tuomaan tuotteita nopeasti markkinoille ja hyödyntämään mahdollisuudet.
  

Jos etsit kumppania raskaiden kuparipiirilevyjen valmistukseen, ota yhteyttä Linghangdan myyntitiimiin milloin tahansa. Lähetämme sinulle heti tarjouslistan.