Друковані плати з важким мідним шаром

Що таке друкована плата з важким мідним шаром?

Друкована плата з важким мідним шаром — це особливий тип друкованих плат. Як випливає з назви, її основною характеристикою є те, що товщина мідної фольги перевищує аналогічний показник традиційних друкованих плат. Товщина міді в традиційних друкованих платах зазвичай становить від 0,5 до 2 унцій (тобто від 17,5 до 70 мікронів), тоді як товщина міді в друкованих платах з важким мідним шаром перевищує 2 унції. Якщо товщина мідної фольги досягає 10 унцій або більше, такий тип друкованих плат називають друкованою платою з екстремальним мідним шаром, що є різновидом друкованої плати з важким мідним шаром. У деяких екстремальних випадках товщина мідної фольги навіть може досягати 20 унцій (приблизно 700 мкм), що значно перевищує стандартну товщину мідного шару звичайних друкованих плат із важким мідним шаром.

Оскільки нові енергетика, індустріальна автоматизація та інші галузі розвиваються в напрямку високої потужності та адаптації до екстремальних умов, важливість друкованих плат із товстим шаром міді (Heavy Copper PCB) та надтовстих мідних друкованих плат зростає, щоб задовольнити потреби високого струмопровідності та ефективного відводу тепла. Сфери застосування друкованих плат із товстим шаром міді також постійно розширюються, включаючи автоматизоване управління, обладнання для нових джерел енергії, автомобільну електроніку та медичне обладнання. Продукти з різною товщиною мідного шару відповідають різноманітним умовам експлуатації. Надтовсті мідні друковані плати використовуються в більш жорстких умовах.

Для комплексного виконання вимог електричних характеристик, міцності та технологічної адаптованості, важкі друковані плати зазвичай вибирають на основі високотемпературних ізоляційних матеріалів FR-4 (Tg ≥ 150°C). У деяких випадках використовуються керамічні наповнювачі, металеві композитні матеріали або матеріали на основі полііміду (PI) для підвищення термостійкості, теплопровідності та стійкості до механічних напружень, а також для адаптації до вимог до склеювання товстих мідних шарів та роботи при високих температурах.

Основні переваги друкованих плат з товстою мід'ю

У контексті зростання вимог до електронних пристроїв, друковані плати з товстою мід'ю стали ключовим вибором для виконання вимог електричних характеристик, тепловідведення, надійності, адаптації до умов навколишнього середовища, розмірів та інтеграції завдяки своїм неперевершеним характеристикам порівняно зі звичайними мідними платами. Їхні суттєві переваги включають:

1. Надзвичайно висока струмова та напругова стійкість

Збільшення товщини мідної фольги безпосередньо збільшує площу поперечного перерізу провідника, що дозволяє друкованій платі Heavy Copper PCB проводити струм і напругу, які значно перевищують звичайні друковані плати. Наприклад, обладнання, таке як промислові потужні модулі та електричні системи живлення вантажівок, має потребу передавати великі струми (часто понад 5 А). Звичайні мідні дроти (0,5-2 унції) схильні до перегоряння через перегрівання, тим часом як друковані плати Heavy Copper PCB (особливо понад 4 унції) можуть зменшити опір, збільшуючи товщину мідного шару, щоб уникнути ризиків від надмірного струму; у сценаріях високої напруги (наприклад, у системах керування електроживленням) фізична структура товстої міді може краще витримувати електричне поле та зменшувати ризик пробою ізоляції.

2. Виняткова теплова дисипація та термічна стабільність

Мідь є чудовим теплопровідним матеріалом (теплопровідність становить приблизно 401 Вт/(м・К)), а товстий мідний шар може використовуватися як ефективний «канал відведення тепла», що значно підвищує ефективність відведення тепла. Тепло, що виробляється під час роботи потужних пристроїв, може швидко розповсюджуватися по всій друкованій платі через товсту мідну площадку, зменшуючи температуру переходу пристрою (порівняно зі звичайними друкованими платами, підвищення температури може бути зменшене на 10–20 °C); в умовах циклічної зміни температури (наприклад, -40 °C~125 °C), теплова пластичність товстої міді зменшує теплове напруження, зменшує розриви провідників, викликані чергуванням гарячого та холодного, і підвищує стабільність тривалої роботи.

3. Висока надійність та міцність конструкції

Фізична структура важкого мідного PCB надає йому більшої стійкості до пошкоджень, особливо для сценаріїв із суворими вимогами до надійності. Збільшення товщини мідного шару підвищує механічну міцність трасування та вій, може витримувати вібрацію та ударні навантаження (наприклад, двигуни автомобілів, рейковий транспортне обладнання), зменшує розриви ліній, спричині механічними напруженнями; зчеплення між товстою міддю та основою стабільніше, а відривання фольги менш імовірне під час процесів пайки, переробки тощо, що зменшує ризик функціональних дефектів.

4. Виняткова пристосованість до екстремальних умов

Прилади PCB із важкою міддю демонструють більш високу стійкість у жорстких умовах, набагато вищу, ніж у звичайних плат PCB:

• Стійкість до високих і низьких температур: може стабільно працювати в екстремальному температурному діапазоні від -55°C до 150°C, підходить для сценаріїв використання в авіаційно-космічному та військовому обладнанні;
  
• Стійкість до корозії та старіння: Товстий мідний шар має більший "запас корозійної стійкості", а термін його служби у 3-5 разів довший, ніж у звичайних друкованих плат у умовах високої вологості, солоного туману (наприклад, морського обладнання) та хімічної корозії (наприклад, промислового хімічного середовища);
  
• Захист від електромагнітних завад (EMI): Товстий мідний шар заземлення зменшує імпеданс, пригнічує шум «землі», зменшує перешкоди сигналів та підвищує цілісність сигналів на високих частотах/високої швидкості.
  

5. Сприяє мініатюризації обладнання та оптимізації вартості

При проектуванні високопотужного обладнання, важкі мідні друковані плати можуть пропускати великі струми через одиничний провід, замінюючи дизайн «кількох паралельних проводів» у звичайних друкованих платах, тим самим зменшуючи кількість шарів друкованої плати (наприклад, з 8 до 6 шарів), зменшуючи розмір плати та реалізуючи мініатюризацію обладнання. Це також допомагає зменшити кількість компонентів (наприклад, зменшити радіатори та з'єднувачі дротів) та оптимізувати загальну вартість системи. Незважаючи на те, що вартість виробництва важких мідних друкованих плат вища, вартість повного життєвого циклу нижча.

Обмеження важких мідних друкованих плат

Хоча важкі мідні друковані плати мають суттєві переваги у витривалості до високих струмів та надійності, їхні унікальні матеріальні властивості та технологія виробництва також приносять деякі неминучі обмеження. Ці недоліки обмежують їхню застосовність у певних сценаріях, що в основному проявляється в трьох аспектах:

1. Не підходить для високощільної розводки

Фольга важких мідних плат є товстою, і під час травлення важко отримати тонкі та вузькі лінії, тому ширина ліній та відстані між ними має бути більшою за 6 mil; однак для високощільної розводки потрібна ширина ліній та відстані часто менше 4 mil, що подібно до прохання у «великого хлопця» гнучко пройти «вузьким провулком», що є неможливим. Тому важкі мідні плати можна використовувати лише в місцях, де не потрібна щільна розводка, наприклад, у модулях живлення, і вони не підходять для сценаріїв, де потрібна високощільна передача сигналів, таких як материнські плати смартфонів.

2. Складний виробничий процес

Виробничий процес важких мідних плат вимагає набагато вищої технологічної точності, ніж для звичайних друкованих плат, і основні виклики зосереджені у наступному:

• Етап травлення: чим товстіша фольга, тим важче контролювати проникнення та рівномірність реакції травильного розчину, що може призводити до проблем, таких як нерівні краї ліній і надмірне відхилення ширини ліній, що впливає на роботу схеми;
  
• Етап ламінування: після травлення проміжок між проводами великий, і для його заповнення потрібно велика кількість смоли. Якщо заповнення недостатнє або є бульбашки, це призведе до недостатнього зчеплення між шарами друкованої плати, і під час паяння або експлуатації виникає розшарування, що легко викликає коротке замикання або обрив кола;
  
• Паяльна маска та поверхнева обробка: площа поверхні товстої міді погана, і під час друку паяльної маски виникають проблеми, такі як нерівномірне нанесення та утворення бульбашок, що збільшує ризик поганого паяння на наступних етапах.
  

Висока вартість

З точки зору матеріалів, кількість використаної мідної фольги набагато більша, ніж у звичайних друкованих платах. З точки зору обробки, складні процеси травлення та ламінування подовжують виробничий цикл, а відсоток браку високий, що ще більше збільшує витрати на обробку.

Рекомендації щодо специфікації проектування друкованих плат Heavy Copper

Щоб повною мірою використовувати переваги друкованих плат Heavy Copper, уникати складнощів у виготовленні та забезпечити їхню ефективність, під час проектування друкованих плат Heavy Copper слід дотримуватися цілого ряду спеціалізованих специфікацій, які забезпечать баланс між функціональністю та технологічністю:

1. Мінімальна ширина лінії не має бути меншою за 0,3 мм, щоб уникнути обриву лінії через складність травлення;
2. Мінімальна відстань між суміжними провідниками не має бути меншою за 0,25 мм, щоб запобігти короткому замиканню через неповного травлення;
3. Відстань між мідною фольгою навколо фіксованого отвору та краєм отвору має бути ≥0,4 мм, і у межах 1,5 мм від краю отвору не має бути тонких проводів для підвищення міцності з'єднання;
4. Відстань між провідником та краєм друкованої плати має бути ≥3 мм (у окремих випадках може бути зменшена до 1,5 мм, але в цьому випадку ширина провідника має бути ≥1,5 мм), щоб уникнути відриву мідної фольги внаслідок напруження на краях;
5. Відстань між високочастотними потужними пристроями та великими конденсаторами має становити 5 мм для зменшення перешкод у сигналі;
6. Ширина заземлювальної шини не має бути меншою за 0,5 мм, щоб забезпечити надійне заземлення та ефективне відведення тепла;
7. Контактну площадку не можна безпосередньо підключати до фольги міді або інших контактних площадок, щоб уникнути короткого замикання під час паяння;
8. Для потужних елементів необхідно передбачити спеціальну конструкцію для відведення тепла та використовувати рішення з розрідженою трасуванням, щоб врахувати особливості технології з використанням товстої міді.

Специфікація важкого мідного PCB в LHD TECH

Чому варто обрати Linghangda для виробництва друкованих плат із важкою міддю

На ринку виробництва друкованих плат із важкою міддю компанія Linghangda завдяки глибокому досвіду, високому технічному рівню та комплексному обслуговуванню стала ідеальним вибором для багатьох клієнтів. Нижче наведено детальний опис усіх причин, чому варто обрати саме Linghangda:

• Багатий досвід:

  З 2003 року компанія спеціалізується в галузі друкованих плат і більше 20 років займається технологіями виробництва друкованих плат із важкою міддю. Маємо вдалі кейси в автомобільній електроніці, промислових джерелах живлення та інших сценаріях, а також можемо точно вирішити ключові проблеми, такі як високий струм і відвід тепла.
  

• Сильні виробничі потужності:

  20 000 квадратних метрів сучасних виробничих будівель, з місячною виробничою потужністю 50 000 квадратних метрів, оснащених високоточним обладнанням для травлення та пресування та більш ніж 650 фахівців для забезпечення ефективного виконання замовлень.
  

• Кваліфікована команда:

  Технічна команда з високими професійними якостями та багатим практичним досвідом, а також група робітників виробництва, які пройшли системну підготовку та володіють навичками високоякісного виконання операцій.
  

• Контроль деталей:

  Створена повноцінна система забезпечення якості, підвищення конкурентоспроможності за рахунок постійних інновацій;
  

• Надійна якість:

  Обладнання оснащене сучасним виробничим та випробувальним обладнанням, весь процес відповідає міжнародній системі якості, а також суворим випробуванням, таким як AOI та рентгенівське обстеження, щоб гарантувати відповідність продукції стандартам IPC без дефектів, таких як коротке замикання та розшарування.
  

• Повний сервіс:

  Забезпечуємо комплексний сервіс від індивідуального проектування, ефективного виробництва до тривалого післяпродажного обслуговування, зменшуємо витрати клієнтів та супроводжуємо на всіх етапах.
  

• Швидка здатність до поставки:

  Оптимізуємо виробничі процеси та розподіл ресурсів, ефективно реалізуємо проекти, допомагаємо клієнтам швидко виводити продукцію на ринок та зловити можливості.
  

Якщо ви шукаєте партнера для виробництва друкованих плат з товстим мідним шаром (Heavy Copper PCB), будь ласка, зверніться до команди продажів Linghangda, і ми негайно надамо вам пропозицію.