PCB de Cobre Pesado

O que é PCB de Cobre Pesado?

PCB de Cobre Pesado é um tipo especial de placa de circuito impresso. Como o nome sugere, sua característica principal é que a espessura da folha de cobre excede a de placas PBC tradicionais. A espessura do cobre em PCBs tradicionais geralmente varia entre 0,5 e 2 onças (ou seja, 17,5 a 70 mícrons), enquanto a espessura do PCB de Cobre Pesado é superior a 2 onças. Quando a espessura da folha de cobre atinge 10 onças ou mais, esse tipo de PCB é chamado de PCB de Cobre Extremo, que é uma versão avançada do PCB de Cobre Pesado. Em alguns cenários extremos, a espessura da folha de cobre pode chegar a 20 onças (cerca de 700μm), superando em muito o padrão de espessura da camada de cobre de PCBs de Cobre Pesado convencionais.

À medida que os campos da nova energia, automação industrial e outros avançam em direção a alta potência e adaptação a ambientes extremos, as placas PCB com cobre pesado e placas com cobre extremamente espesso tornaram-se fundamentais para atender às necessidades de alta capacidade de condução de corrente e forte dissipação de calor. Os cenários de aplicação das placas PCB com cobre pesado também estão se expandindo continuamente, incluindo controle industrial, equipamentos de nova energia, eletrônica automotiva e equipamentos médicos, e produtos com diferentes espessuras de cobre possuem diferentes cenários de adaptação. Placas PCB com cobre ultraespesso são adaptadas a condições ainda mais rigorosas.

Para satisfazer de forma abrangente os requisitos de desempenho elétrico, resistência mecânica e adaptabilidade ao processo, as PCBs de cobre pesado geralmente escolhem substratos isolantes com base em FR-4 de alto Tg (Tg ≥ 150°C). Em alguns cenários, são utilizados materiais cerâmicos de preenchimento ou materiais compósitos metálicos ou de poliimida (PI) para melhorar a resistência ao calor, a condutividade térmica e a resistência à tensão mecânica, além de se adaptarem aos requisitos de laminação com camadas grossas de cobre e operação em altas temperaturas.

Principais Vantagens da PCB de Cobre Pesado

Diante dos requisitos cada vez mais rigorosos de desempenho para produtos eletrônicos, a PCB de cobre pesado tornou-se uma escolha fundamental para atender aos requisitos de desempenho elétrico, dissipação de calor, confiabilidade, adaptabilidade ambiental, tamanho e integração, graças às suas características superiores em comparação com placas de circuito comum de cobre espesso. Suas vantagens significativas incluem:

1. Capacidade extraordinária de condução de corrente e tensão

O aumento na espessura da folha de cobre aumenta diretamente a área da seção transversal do condutor, permitindo que o Heavy Copper PCB conduza corrente e tensão muito superiores às de um PCB comum. Por exemplo, equipamentos como módulos de energia industriais e sistemas de energia para caminhões elétricos precisam transmitir grandes correntes (frequentemente superiores a 5A). Fios de cobre comuns (0,5 a 2 onças) são propensos a queimar devido ao superaquecimento, enquanto os Heavy Copper PCBs (especialmente acima de 4 onças) podem reduzir a resistência ao aumentar a espessura da camada de cobre, evitando riscos de sobrecorrente; em cenários de alta tensão (como sistemas de controle de energia), a estrutura física do cobre espesso pode suportar melhor a tensão do campo elétrico e reduzir o risco de rompimento da isolação.

2. Excelente dissipação de calor e estabilidade térmica

O cobre é um excelente material condutor térmico (a condutividade térmica é de aproximadamente 401W/(m・K)), e a camada grossa de cobre pode ser utilizada como um "canal de dissipação de calor" eficiente, melhorando significativamente a eficiência de dissipação de calor. O calor gerado por dispositivos de alta potência durante a operação pode ser rapidamente difundido por toda a placa de circuito (PCB) através do pad de cobre grosso, reduzindo a temperatura de junção do dispositivo (em comparação com PCBs comuns, o aumento de temperatura pode ser reduzido em 10-20℃); em um ambiente de ciclo térmico (como -40℃~125℃), a ductilidade térmica do cobre grosso pode aliviar a tensão térmica, reduzir a quebra de trilhas causada por alternância de calor e frio, e melhorar a estabilidade durante a operação prolongada.

3. Alta confiabilidade e resistência mecânica

A estrutura física do PCB de Cobre Pesado confere-lhe maior resistência a danos, especialmente em cenários com requisitos rigorosos de confiabilidade. O aumento da espessura da camada de cobre eleva a resistência mecânica das trilhas e dos furos, suportando vibrações e impactos (como nos compartimentos de motores automotivos e equipamentos de transporte ferroviário), reduzindo a quebra de trilhas causada por tensões mecânicas; a força de adesão entre o cobre grosso e o substrato é mais estável, dificultando o descolamento da folha de cobre durante processos de soldagem e retrabalho, diminuindo o risco de falhas funcionais.

4. Excelente adaptabilidade a ambientes extremos

PCBs de Cobre Pesado demonstram maior tolerância em ambientes adversos, superando amplamente os PCBs convencionais:

• Resistência a altas e baixas temperaturas: pode operar de forma estável na faixa extrema de temperatura de -55℃~150℃, adequado para aplicações em equipamentos aeroespaciais e militares;
  
• Resistência à corrosão e envelhecimento: O cobre espesso possui uma margem de "corrosão" maior, e sua vida útil é de 3 a 5 vezes mais longa do que a dos PCBs comuns em ambientes de alta umidade, névoa salina (como em equipamentos marinhos) e corrosão química (como em ambientes industriais com produtos químicos);
  
• Antirinterferência eletromagnética (EMI): A camada de terra de cobre espesso pode reduzir a impedância, suprimir o ruído de bounce na terra, diminuir a interferência de sinais e melhorar a integridade de sinais de alta frequência/alta velocidade.
  

5. Auxilia na miniaturização do equipamento e na otimização de custos

No projeto de equipamentos de alta potência, PCBs com camadas grossas de cobre podem conduzir grandes correntes através de um único condutor, substituindo o projeto de "múltiplos condutores em paralelo" em PCBs convencionais, reduzindo assim o número de camadas da PCB (por exemplo, de 8 para 6 camadas), diminuindo o tamanho da placa e possibilitando a miniaturização do equipamento. Também contribui para a redução do número de componentes (como dissipadores de calor e conectores de fios) e à otimização do custo total do sistema. Embora o custo de fabricação de PCBs com camadas grossas de cobre seja mais elevado, o custo ao longo do ciclo de vida completo é menor.

Limitações das PCBs com camadas grossas de cobre

Embora as PCBs com camadas grossas de cobre apresentem vantagens significativas na condução de altas correntes e na confiabilidade, suas propriedades materiais e processos de fabricação únicos também trazem algumas limitações inevitáveis. Essas desvantagens restringem sua aplicabilidade em certos cenários específicos, refletindo-se principalmente em três aspectos:

1. Não é adequado para fiação de alta densidade

A folha de cobre do PCB de Cobre Pesado é espessa, e é difícil produzir linhas finas e estreitas durante a etchagem, portanto, a largura e o espaçamento das linhas precisam ser maiores que 6mil; porém, o espaçamento e a largura de linhas exigidos para fiação de alta densidade geralmente são inferiores a 4mil, algo como pedir para um "homem grande" caminhar com agilidade por um "beco estreito", o que é impossível. Por isso, o PCB de Cobre Pesado só pode ser utilizado em locais como módulos de alimentação elétrica, onde não há necessidade de fiação densa, e não é adequado para cenários como placas-mãe de smartphones, que exigem transmissão de sinais de alta densidade.

2. Processo de fabricação difícil

O processo de produção do PCB de Cobre Pesado requer uma precisão muito maior do que o PCB comum, e os desafios principais estão concentrados em:

• Fase de gravação: Quanto mais espessa for a folha de cobre, mais difícil é controlar a penetração e a uniformidade da reação da solução de gravação, o que pode causar problemas como bordas irregulares nas linhas e desvios excessivos na largura das linhas, afetando o desempenho do circuito;
  
• Fase de laminação: Após a gravação, o espaçamento entre os fios é grande, sendo necessária uma grande quantidade de resina para preencher esse espaçamento. Se o preenchimento for insuficiente ou houver bolhas, ocorrerá adesão insuficiente entre as camadas do PCB, e é provável que ocorra descamamento durante a soldagem ou o uso, o que pode causar curto-circuito ou circuito aberto;
  
• Máscara de solda e tratamento superficial: A planicidade da superfície de cobre espesso é ruim, e problemas como revestimento irregular e formação de bolhas tendem a ocorrer durante a impressão da tinta de máscara de solda, aumentando o risco de soldagem inadequada posterior.
  

Alto custo

Em termos de materiais, a quantidade de folha de cobre utilizada é muito maior do que a de PCB convencional. Em termos de processamento, os processos complexos de gravação e laminação prolongam o ciclo de produção, e a taxa de desperdício é elevada, aumentando ainda mais os custos de processamento.

Recomendações de especificações de projeto para PCB de cobre pesado

Para aproveitar plenamente as vantagens do PCB de cobre pesado, evitar dificuldades no processo de fabricação e garantir o desempenho, uma série de especificações direcionadas deve ser seguida ao projetar PCB de cobre pesado, de forma a equilibrar função e capacidade de fabricação:

1. A largura mínima da linha não deve ser inferior a 0,3 mm para evitar ruptura da linha devido à dificuldade de gravação;
2. O espaçamento mínimo entre trilhas adjacentes não deve ser inferior a 0,25 mm para evitar curto-circuito causado por gravação incompleta;
3. A distância entre a folha de cobre ao redor do orifício fixo e a borda do orifício deve ser ≥0,4 mm, e não deve haver fios finos dentro de 1,5 mm da borda do orifício para aumentar a resistência mecânica;
4. A distância entre a trilha e a borda da placa de circuito deve ser ≥3 mm (pode ser reduzida para 1,5 mm em casos especiais, mas a largura da trilha deve ser ≥1,5 mm nesse momento) para evitar que a tensão na borda provoque a queda da folha de cobre;
5. A distância entre dispositivos de potência de alta frequência e capacitores grandes deve ser de 5 mm para reduzir a interferência de sinal;
6. A largura da linha de terra não deve ser inferior a 0,5 mm, para garantir a confiabilidade do aterramento e a eficiência de dissipação de calor;
7. O lande não deve ser conectado diretamente à folha de cobre exposta ou a outros landes para evitar curto-circuito durante a soldagem;
8. É necessário projetar uma estrutura dedicada de dissipação de calor para componentes de alta potência e adotar uma solução de fiação de baixa densidade para se adequar às características do processo de cobre espesso.

Especificação de PCB de Cobre Pesado da LHD TECH

Motivos para escolher a Linghangda para produzir PCB de cobre pesado

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