Tiskana vezja z debelo bakreno prevodno folijo

Kaj je težka bakrena plošča PCB?

Težka bakrena plošča PCB je posebna vrsta tiskane vezave. Kot že samo ime pove, je njena bistvena značilnost, da debelina bakrenega folija presega debelino bakrene plošče PCB po tradicionalnih načelih. Debeline bakra pri tradicionalnih PCB ploščah so običajno med 0,5 in 2 unčama (tj. 17,5 do 70 mikronov), medtem ko so pri težkih bakrenih PCB ploščah debelina večja od 2 unc. Ko debelina bakrenega folija znaša 10 unc ali več, se ta vrsta PCB plošče imenuje Extreme Copper PCB, kar je napredna oblika težke bakrene PCB plošče. V nekaterih ekstremnih primerih lahko debelina bakrenega folija celo znaša 20 unc (približno 700 μm), kar je znatno več kot standardna debelina bakrenega sloja pri konvencionalnih težkih bakrenih PCB ploščah.

Ko se nove energije, industrijska avtomatizacija in druge panoge razvijajo v smer visokih moči in prilagoditve ekstremnemu okolju, težke PCB plošče z debelo prevodno folijo in izjemno debelimi prevodnimi folijami postajajo ključne za izpolnjevanje potreb po visokem prenašanju električnega toka in močnem odvajanju toplote. Področja uporabe težkih PCB plošč se neprestano širijo, vključujejo industrijsko upravljanje, opremo za nove energije, avtomobilsko elektroniko in medicinsko opremo, pri čemer imajo izdelki z različnimi debelinami prevodne folije različne primere uporabe. Ultra-debele prevodne PCB plošče so prilagojene za še zahtevnejše pogoje.

Za izpolnjevanje zahtev glede električnih lastnosti, mehanske trdnosti in tehnološke prilagodljivosti izbirajo težke PCB plošče s pogosto uporabo izolacijskih podlag na osnovi FR-4 z visokim Tg (Tg ≥ 150 °C). V nekaterih primerih uporabljajo keramične napolnitve, kovinske kompozitne materiale ali poliamidne (PI) materiale za izboljšanje odpornosti proti toploti, toplotno prevodnost in odpornost proti mehanskim napetostim ter za prilagoditev zahtevam laminiranja z debelimi bakrenimi sloji in delovanju pri visokih temperaturah.

Osnovne prednosti težkih bakrenih PCB-jev

Ob upoštevanju vedno strožjih zahtev glede zmogljivosti elektronskih izdelkov so težke bakrene plošče PCB postale ključna izbira za izpolnjevanje zahtev glede električnih lastnosti, odvajanja toplote, zanesljivosti, prilagodljivosti okolju, velikosti in stopnje integracije zaradi svojih nepreteklih značilnosti v primerjavi z običajnimi debelimi bakrenimi ploščami. Med pomembne prednosti spadajo:

1. Zelo visoka nosilnost toka in napetosti

Povečanje debeline bakrenega folija neposredno poveča prečni prerez vodnika, kar omogoča težkim bakrenim tiskanim vezjem (Heavy Copper PCB) prenašati tokove in napetosti, ki presegajo tiste pri običajnih tiskanih vezjih. Na primer, naprave, kot so industrijski moduli za napajanje in sistemi za napajanje električnih tovornjakov, morajo prenašati velike tokove (pogosto več kot 5 A). Običajni bakreni vodniki (0,5–2 unče) so nagnjeni k pregrevanju in poškodbam, medtem ko težka bakrena tiskana vezja (še posebej z več kot 4 unčami) zmanjšajo upor z povečanjem debeline bakrenega sloja in s tem zmanjšajo tveganje zaradi pretoka toka. V visokonapetostnih primerih (kot so sistemi za upravljanje z energijo) pa fizična struktura debelejšega bakra bolje zdrži električno napetost in zmanjša tveganje preboja izolacije.

2. Odlična odvodnost toplote in termalna stabilnost

Cink je odličen toplotni prevodni material (toplotna prevodnost je približno 401W/(m・K)), debel cinkov sloj pa lahko deluje kot učinkoviten "kanal za odvajanje toplote" in znatno izboljša učinkovitost hlajenja. Toplota, ki jo generirajo visokonapetostne naprave med delovanjem, se preko debelega cinkovega sloja hitro razprši po celotni tiskani vezni plošči, s čimer se zniža temperaturni skok naprave (v primerjavi z običajnimi tiskanimi vezni ploščami se lahko dvig temperature zmanjša za 10–20℃); v okolju s temperaturnim ciklom (npr. -40℃~125℃) lahko toplotna duktilnost debelega cinka zmanjša toplotni stres, zmanjša prekinitev vodnikov zaradi spremenljivega segrevanja in hlajenja ter izboljša dolgoročno stabilnost delovanja.

3. Visoka zanesljivost in mehanska trdnost

Fizikalna struktura debele bakrene tiskane plošče ji omogoča večjo odpornost proti poškodbam, zlasti v primerih, kjer so zahteve glede zanesljivosti stroge. Povečanje debeline bakrenega sloja povečuje mehansko trdnost poteh in prehodnih kontaktov, zato lahko prenese večjo vibracijo in udarce (npr. v motorjih vozil, v železniških prevoznih sistemih) ter zmanjša pretrgavanje povezav zaradi mehanskih napetosti; večja je tudi adhezija debelega bakra na podlago, zaradi česar se med varjenjem, predelavo in drugimi procesi bakreni folij manj odluščujejo in s tem zmanjšuje tveganje za funkcionalne napake.

4. Izjemna prilagodljivost ekstremnim okoljem

Debela bakrena tiskana plošča v težjih okoljskih pogojih kaže večjo odpornost, ki presega običajne tiskane plošče:

• Odpornost proti visokim in nizkim temperaturam: stabilno deluje v ekstremnem temperaturnem območju od -55℃ do 150℃, primerna za uporabo v letalskih, vesoljskih in vojaških napravah;
  
• Odpornost proti koroziji in staranju: Debel bakren sloj ima večji »korozivni rob«, njegova življenjska doba pa je 3–5-krat daljša kot pri običajnih tiskanih vezjih (PCB) v pogojih visoke vlažnosti, slanem meglenem (npr. pri morskih napravah) in kemijski koroziji (npr. v industrijskem kemijskem okolju);
  
• Protielektromagnetna motnja (EMI): Debelo ozemljitveni bakreni sloj zmanjša impedanco, zmanjša hrup iz skokov na ozemljitvi, zmanjša motnje signalov in izboljša integriteto visokofrekvenčnih/visoko hitrostnih signalov.
  

5. Pripomore k miniaturizaciji opreme in optimizaciji stroškov

Pri načrtovanju visokonapetostne opreme lahko težke prevodne plošče (Heavy Copper PCB) prenašajo velike tokove preko enojnega vodnika in s tem nadomestijo načrtovanje »več vzporednih vodnikov« na običajnih PCB ploščah. To omogoča zmanjšanje števila PCB plasti (npr. s 8 na 6 plasti), zmanjšanje velikosti plošče ter omogoča miniaturizacijo opreme. Prav tako pomaga pri zmanjšanju števila komponent (npr. hladilnih teles in priključkov žic) ter optimizaciji celotnih stroškov sistema. Čeprav so stroški proizvodnje Heavy Copper PCB višji, so stroški v celotnem življenjskem ciklusu nižji.

Omejitve Heavy Copper PCB-ja

Čeprav ima Heavy Copper PCB pomembne prednosti pri prenašanju visokih tokov in zanesljivosti, pa njegove edinstvene materialne lastnosti in proizvodne tehnologije prinašajo tudi nekaj neizbežnih omejitev. Te pomanjkljivosti omejujejo njegovo uporabljivost v določenih primerih, kar se predvsem kaže v naslednjih treh vidikih:

1. Ni primeren za visokoz gostoto žic

Ker je bakrena folija pri težki bakreni plošči debela, je pri žaganju težko narediti tanke in ozke linije, zato morajo biti linije široke in razmaknjene vsaj 6 mil; vendar je za visokoz gostoto žic potreben razmik manjši od 4 mil, kar je enako, kot če bi prosili "velikega človeka", da se gibljivo premakne po "ozki stezi", kar je nemogoče. Zato se težke bakrene plošče uporabljajo samo na mestih, kjer ni potrebna visoka gostota žic, kot so na primer napajalni moduli, ne pa v primerih, kot je na primer pametni telefon, ki zahteva visokoz gostoto prenosa signalov.

2. Težaven proizvodni proces

Proizvodni proces težke bakrene plošče zahteva veliko višjo natančnost postopka kot običajna tiskana vezja, temeljne težave pa so osredotočene na:

• Faza graviranja: Debelejša bakrena folija je težja za nadzorovati prodor in enakomerno reakcijo gravirnega raztopila, kar lahko povzroči probleme, kot so neenakomerni robovi linij in preveliko odstopanje širine linij, kar vpliva na delovanje vezja;
  
• Faza laminacije: Po graviranju je razmik med žicami večji, zato je potrebno veliko količino smole za zapolnitev teh razmakov. Če smole ni dovolj ali pa nastanejo mehurčki, pride do šibkega oprijema med plastmi tiskanega vezja, kar lahko povzroči prekrivanje med varjenjem ali uporabo in povzroči kratek stik ali prekinjeno vezje;
  
• Lak za lotanje in površinska obdelava: Ravnotežje debele bakrene površine je slabo, kar lahko povzroči neenakomerno nanos laka za lotanje in nastajanje mehurčkov, kar povečuje tveganje za slabo varjenje v nadaljnjem postopku.
  

Visoka cena

Kar zadeva materiale, je količina uporabljenega bakrenega folija precej večja kot pri običajnih PCB ploščah. Kar zadeva obdelavo, kompleksni postopki graviranja in laminiranja podaljšujejo proizvodno obdobje, odpadnost pa je visoka, kar dodatno povečuje stroške obdelave.

Priporočila za specifikacije oblikovanja PCB plošč s težkim bakrom

Da bi v polni meri izkoristili prednosti PCB plošč s težkim bakrom, se izognili težavam pri proizvodnji in zagotovili ustrezen delovni učinek, bi ob načrtovanju PCB plošč s težkim bakrom morali upoštevati niz ciljanih specifikacij, ki uravnotežijo funkcionalnost in izvedljivost:

1. Najmanjša širina črte ne sme biti manjša od 0,3 mm, da se prepreči pretrg črte zaradi težav s graviranjem;
2. Najmanjša razdalja med sosednjimi tirnicami ne sme biti manjša od 0,25 mm, da se prepreči kratki stik zaradi nepopolnega graviranja;
3. Razdalja med bakrenim folijem okoli pritrjevalnega odprtine in robov odprtine mora biti ≥0,4 mm, v 1,5 mm obroču okoli roba odprtine pa ne sme biti tankih žic za povečanje mehanske trdnosti;
4. Razdalja med trakom in robom PCB-ja mora biti ≥3 mm (v posebnih primerih je mogoče dovoliti 1,5 mm, vendar mora biti širina traku v tem primeru ≥1,5 mm), da se prepreči odpadanje bakrenega folija zaradi robnega napetostnega obremenitve;
5. Razdalja med visokofrekvenčnimi napravami za napajanje in velikimi kondenzatorji mora biti 5 mm, da se zmanjša motnja signalov;
6. Širina ozemljitvene črte ne sme biti manjša od 0,5 mm, da se zagotovi zanesljivo ozemljitev in učinkovito odvajanje toplote;
7. Ploščica se ne sme neposredno povezati z odkritim bakrenim folijem ali drugimi ploščicami, da se prepreči kratek stik med varjenjem;
8. Za komponente z visokim močnostnim obremenitvijo je potrebno zasnovati posebno strukturo za odvajanje toplote ter uporabiti rešitev z redkejšim vlečenjem žic, da se prilagodi značilnostim procesa z debelimi bakrenimi folijami.

Specifikacija PCB-ja z debelo bakreno plastjo pri LHD TECH

Razlogi za izbiro podjetja Linghangda za proizvodnjo PCB-jev z debelo bakreno prevleko

Na področju proizvodnje PCB plošč z debelo bakreno prevodno plastjo ima podjetje Linghangda zaradi svoje dolge tradicije, izjemne tehnične moči in vsebinsko visokokakovostnih storitev postalo idealna izbira za številne stranke. Spodaj so podrobneje razloženi vsi razlogi za izbiro podjetja Linghangda:

• Bogata izkušnja:

  Od leta 2003 je bilo podjetje dejavno na področju PCB-jev in se več kot 20 let osredotočilo na tehnologijo PCB plošč z debelo bakreno prevodno plastjo. Podjetje ima že obdelane primere iz avtomobilske elektronike, industrijskih napajalnih virov in drugih področij ter lahko natančno reši jedrne probleme, kot so visok tok in odvajanje toplote.
  

• Močna proizvodna zmogljivost:

  20.000 kvadratnih metrov sodobnih tovarn, s mesečno proizvodno zmogljivostjo 50.000 kvadratnih metrov, opremljenih z visoko natančno opremo za graviranje in stiskanje ter več kot 650 strokovnjaki, da zagotovijo učinkovito izvedbo naročil.
  

• Tim visokokakovostnih strokovnjakov:

  Tehnična ekipa z močnimi strokovnimi lastnostmi in bogato praktično izkušnjo ter skupina delavcev v prvi liniji industrije, ki so sistematično usposobljeni in vajeni v operacijah.
  

• Kontrola podrobnosti:

  Ustanovitev celovitega sistema zagotavljanja kakovosti in izboljšanje konkurenčnosti s stalnimi inovacijami;
  

• Zanesljiva kakovost:

  Opremljen z napredno proizvodno in preskusno opremo, celoten proces sledi mednarodnemu sistemu kakovosti ter zagotavlja, da izdelek ustreza IPC standardom in je brez napak, kot so kratek stik in luščenje, s strogo preskušanjem, kot sta AOI in rentgenski pregled.
  

• Popoln storitev:

  Ponujanje enostopnega servisa od prilagojenega načrtovanja, učinkovite proizvodnje do trajne servisne podpore po prodaji, zmanjšanje stroškov za naročnike in spremljanje skozi celoten proces.
  

• Hitra sposobnost dostave:

  Optimizacija proizvodnih procesov in razporejanja virov, učinkovito spodbujanje projektov, pomoč naročnikom pri hitrem uvajanju izdelkov na trg in izkoriščanje priložnosti.
  

Če iščete partnerja za proizvodnjo težjih bakrenih tiskanih vezij (Heavy Copper PCBs), se obrnete naši prodajni ekipi Linghangda, ko koli želite, in mi vam bomo nemudoma posredovali ponudbo.