Einführung
Schwerkupfer-Leiterplatten sind spezielle Leiterplatten mit einer Kupferdicke von über 2 oz (70 μm). Diese erhöhte Kupferdicke bietet mehrere deutliche Vorteile, darunter eine verbesserte Strombelastbarkeit, ein besseres Wärmemanagement und eine höhere Zuverlässigkeit. Diese Eigenschaften machen Schwerkupfer-Leiterplatten unverzichtbar für Anwendungen, die eine robuste elektrische Leistung und Belastbarkeit unter anspruchsvollen Bedingungen erfordern.
-
Leiterplatte aus schwerem Kupfer
-
Mehrschichtige Leiterplatte
-
Starrflexible Leiterplatte
-
Flexible Leiterplatte
Was ist eine Dickkupfer-Leiterplatte?
Bei schweren Kupfer-Leiterplatten handelt es sich um Leiterplatten mit einer Kupferdicke von über 2 oz (70 μm), die dem Begriff „dicke“ Kupfer-Leiterplatte vorzuziehen sind. Sie sind in verschiedenen Standardgewichten erhältlich:
2 oz (70 μm)
3 oz (105 μm)
4 oz (140 μm)
6 oz (210 μm)
8 oz (280 μm)
10 oz (350 μm)
Wichtige Eigenschaften:
Verwenden normalerweise FR-4-Dielektrikum
Werden hauptsächlich für Innenschichten und nicht für Außenschichten verwendet
Durchkontaktierte Löcher (PTHs) müssen häufig verschlossen oder gefüllt werden
Erfordert präzise Registrierungs- und Laminierungsprozesse
Leiterplatten aus schwerem Kupfer verbessern:
Wärmeleistung
Strombelastbarkeit
Anwendungen:
LED-Beleuchtung
Leistungselektronik
Wechselrichter für Elektrofahrzeuge
Diese Eigenschaften machen Leiterplatten aus schwerem Kupfer unverzichtbar für Anwendungen, die ein robustes Wärmemanagement und hohe Strombelastbarkeit erfordern.
Vorteile von Dickkupfer-Leiterplatten
Leiterplatten aus dickem Kupfer bieten gegenüber herkömmlichem 1-oz-Kupfer erhebliche Vorteile:
Höhere Strombelastbarkeit: Dickes Kupfer verringert die Stromdichte, verringert die Erwärmung und ermöglicht eine höhere Strombelastbarkeit.
Verbesserte Wärmeleistung: Verbesserte Wärmeverteilung aufgrund der höheren Wärmeleitfähigkeit von dickem Kupfer hält die Komponenten kühler.
Geringerer Widerstand: Dickere Kupferschichten verringern den Flächenwiderstand, verbessern die Leitfähigkeit und minimieren Widerstandsverluste.
Effektive Stromverteilung: Dicke Kupferinnenschichten dienen als robuste Stromverteilungsebenen in mehrschichtigen Leiterplatten und reduzieren Massekontakte und Rauschen.
Verbesserte Zuverlässigkeit: Höhere Widerstandsfähigkeit gegen thermische Belastung, Ermüdung und Schäden durch elektrische Last verbessert die langfristige Zuverlässigkeit.
EMI- und Rauschabschirmung: Eingebettete dicke Kupferschichten bieten eine effektive Abschirmung gegen elektromagnetische Störungen und Übersprechen.
Diese Eigenschaften machen Leiterplatten aus dickem Kupfer unverzichtbar für Anwendungen, die hohe Zuverlässigkeit, Wärmemanagement und elektrische Leistung erfordern.
Übersicht über die Herstellung von Schwerkupfer-Leiterplatten
Die Herstellung von Leiterplatten aus dickem Kupfer erfordert spezielle Fertigungsverfahren und -geräte, die im Vergleich zu Standard-Leiterplatten auf ihre besonderen Anforderungen zugeschnitten sind.
Beschaffung von kupferkaschierten Laminaten
Leiterplatten aus dickem Kupfer beginnen mit FR-4-Laminaten, die mit gerollten Kupferfolien verschiedener Gewichte kaschiert sind:
1⁄2 oz (18 μm)
1 oz (35 μm)
2 oz (70 μm)
3 oz (105 μm)
Kupferfolien werden mithilfe von Klebe- oder Schmelzklebeverfahren mit dielektrischen Kernen wie FR-4, CE-Harz, Kohlenwasserstoff, Keramik und Teflon verbunden.
Registrierung und Layup
Die genaue Ausrichtung der Schichten während des Layup ist aufgrund von Toleranzproblemen bei dickem Kupfer (±10 % bei 2 oz Kupfer) von entscheidender Bedeutung. Automatische optische Registrierungssysteme gewährleisten eine genaue Ausrichtung.
Laminierung
Das Laminieren von dickem Kupfer erfordert im Vergleich zu Standard-Leiterplatten einen höheren Druck, eine höhere Temperatur und eine höhere Zeit, um eine starke Haftung zwischen Kupfer und dielektrischen Materialien sicherzustellen.
Durchkontaktierte Löcher (PTHs)
Durchkontaktierte Löcher in dicken Kupferleiterplatten müssen gefüllt oder verschlossen werden, um eingeschlossene Gase und Delamination während der Laminierung zu verhindern. Zu den Fülloptionen gehören plattierte Kupferfüllungen, leitfähige Pasten und nicht leitfähige Epoxidstopfen.
Ätzen
Das Ätzen dicker Kupferschichten erfordert mehr Zeit. Das Rühren während des Ätzens der Platte verbessert die Gleichmäßigkeit, und dickere Ätzmasken sind oft für längere Ätzdauern erforderlich.
Säulenplattierung
Nach dem Ätzen wird zusätzliches Kupfer plattiert, um dickere Verbindungssäulen um Pads und Vias zu bilden und so den Kupferverlust während des Ätzprozesses auszugleichen.
Automatisierte optische Inspektion (AOI)
Die visuelle Inspektion dicker Kupferschichten ist eine Herausforderung. AOI-Systeme sind entscheidend für die Überprüfung der Ausrichtung, das Erkennen von Defekten und die Beseitigung von Kupferüberplattierungslücken (COPV).
Prüfung und Zertifizierung
Elektrische Prüfungen bestätigen Konnektivität und Kontinuität. Zur Gewährleistung einer hohen Zuverlässigkeit von Leiterplatten aus dickem Kupfer wird eine Zertifizierung nach IPC 6012 Klasse 3 empfohlen.
Richtlinien für das Design von Leiterplatten aus schwerem Kupfer
Wichtige Designüberlegungen für Leiterplatten aus dickem Kupfer:
Schichtenstapelung:
Platzieren Sie dicke Kupferschichten nahe der Plattenmitte, um Verformungen zu minimieren.
Vermeiden Sie es, äußere Schichten nebeneinander zu platzieren, um Probleme mit der Ausrichtung zu vermeiden.
Drehen Sie die Faserwebrichtung zwischen benachbarten dielektrischen Schichten um 90°, um die Dimensionsstabilität zu verbessern.
Platzierung der Komponenten:
Achten Sie auf ausreichend Abstand zu ebenen Schichten, um eine vollständige Abdeckung der Lötmaske zu gewährleisten.
Berücksichtigen Sie Schatten, die von Komponenten auf innere Kupferschichten geworfen werden.
Überprüfen Sie, ob an Bohrlöchern freiliegendes Kupfer vorhanden ist, um unbeabsichtigte elektrische Verbindungen zu vermeiden.
Wärmemanagement:
Positionieren Sie wärmeerzeugende Komponenten über dicken Kupferschichten, um sie als Wärmeverteiler zu nutzen.
Verwenden Sie mehrere Durchkontaktierungen unter heißen Komponenten, um Wärme effizient auf innere Ebenen zu übertragen.
Hochstromleitungen:
Verwenden Sie Kupferguss oder Polygone für Hochstromleitungen anstelle mehrerer paralleler Leitungen.
Platzieren Sie diese Leitungen neben plattierten Durchgangslöchern, um eine effektive Wärmeableitung zu ermöglichen.
Gefüllte Vias:
Minimieren Sie die Verwendung von gefüllten Vias, da diese im Vergleich zu hohlen Vias die Wärmeübertragung behindern können.
Senken Sie gefüllte Vias bei Bedarf an und stellen Sie sicher, dass die Lötstoppmaske um die Löcher herum frei bleibt.
Platte und Werkzeuge:
Berücksichtigen Sie großzügige Toleranzen für Fertigungs- und Montageprozesse.
Berücksichtigen Sie Materialschrumpfung, -dehnung und mögliche Verformungen während der Herstellung.
Fügen Sie Fiducials und Testcoupons auf Platten ein, um präzises Werkzeug und Testen zu ermöglichen.
DFM-Analyse:
Holen Sie sich während der Entwurfsphase Feedback zum Design for Manufacturing (DFM) vom Hersteller.
Gehen Sie auf Bedenken hinsichtlich der Herstellbarkeit ein, insbesondere in Bezug auf Probleme mit der Toleranz gegenüber schwerem Kupfer.
Eine frühzeitige Zusammenarbeit mit dem Leiterplattenhersteller sorgt für reibungslosere Prototyping- und Produktionsphasen.
Den richtigen Partner für Schwerkupfer finden
Auswahl eines PCB-Herstellers für schwere Kupferplatten:
Checkliste der Fähigkeiten:
Laminatdicken: Sicherstellen, dass Kupferdicken von 2 oz, 3 oz, 4 oz usw. möglich sind.
PTH-Füllung: Möglichkeit mit Optionen wie Kupfer, leitfähige Tinte oder Epoxid-Verschluss für plattierte Durchgangslöcher.
Registrierungsgenauigkeit: Präzision von ≤ 0,003 Zoll (bevorzugt) für genaue Schichtausrichtung.
Feinlinienätzung: Möglichkeit, ≤ 4 mil Linien/Abstände für komplizierte Schaltungsdesigns zu erreichen.
Beschichtungsdicke: Mindestbeschichtungsdicke von ≥ 2,5 mil Kupfer in Löchern für robuste Konnektivität.
Sektionale Beschichtung: Möglichkeit zur Beschichtung nach dem Ätzen, um Lücken zu füllen und eine gleichmäßige Kupferverteilung sicherzustellen.
AOI-Inspektion: Nutzung einer hochauflösenden automatischen optischen Inspektion mit 5+ Kameras zur Qualitätssicherung.
Qualität und Zertifizierungen:
IPC 6012 Klasse 3-Standards: Einhaltung der strengen IPC 6012 Klasse 3-Werkstattprozesse.
ISO 9001-Zertifizierung: Zertifiziertes Qualitätsmanagementsystem zur Gewährleistung einheitlicher Fertigungsstandards.
UL- oder TÜV-Zulassung: Einhaltung der Sicherheits- und Leistungsstandards von UL oder TÜV.
Qualifikationstests: Erfahrung mit thermischen Belastungs-, Stoß- und Vibrationstests zur Gewährleistung von Zuverlässigkeit und Haltbarkeit.
Technisches Fachwissen:
Erfahrung mit Heavy-Copper-Designs: Nachgewiesene Expertise mit Referenzen im Umgang mit Heavy-Copper-PCB-Projekten.
Design for Manufacturing (DFM)-Support: Fähigkeit, umfassendes DFM-Feedback und -Optimierung bereitzustellen.
Thermische Analyse und Planstromsimulationen: Kompetenz in Wärmemanagement und Stromsimulationen für optimale Leistung.
Feedback und Beratung: Fähigkeit, Einblicke in Layout, Stapelung und Zuverlässigkeitsverbesserungen zu geben.
Lean Prototyping:
Geringe NRE-Gebühren: Kostengünstiges Prototyping mit minimalen einmaligen Engineering-Gebühren (NRE).
Keine Mindestmengenanforderungen: Flexible Produktionskapazitäten für kleine und große Bestellmengen.
Schnelle Bearbeitungszeit: Express-Services mit 24-Stunden-Bearbeitungszeit für einfache 2-4-Schicht-Aufbauten.
Überlegungen zur Bewertung:
Bewerten Sie potenzielle Hersteller gründlich anhand dieser Kriterien, um sicherzustellen, dass sie Ihren Anforderungen für die Herstellung von Leiterplatten aus schwerem Kupfer entsprechen.
Fazit
Die Dickkupfer-Leiterplattentechnologie ist für hohe Strombelastungen, thermische Leistungsanforderungen und Anforderungen an die Leistungsintegrität in elektronischen Anwendungen geeignet. Dicke Kupferschichten erhöhen die Zuverlässigkeit, erfordern jedoch eine sorgfältige Prozesskontrolle während der Herstellung. Die Zusammenarbeit mit einem Leiterplattenhersteller in der frühen Entwurfsphase und die Einhaltung der Layoutrichtlinien sind entscheidend, um die Vorteile von Dickkupfer-Leiterplatten effektiv nutzen zu können. Die Partnerschaft mit einem erfahrenen Hersteller, der Designprüfungen und Qualifikationstests anbietet, gewährleistet optimale Ergebnisse bei der Herstellung von Dickkupfer-Leiterplatten und nutzt dabei spezialisierte Präzision und Fachwissen.