Introducción
Las PCB de cobre pesado son placas de circuito especializadas que tienen un espesor de cobre que supera las 2 oz (70 μm). Este mayor espesor de cobre ofrece varias ventajas distintivas, entre ellas, una mayor capacidad de transporte de corriente, una gestión térmica superior y una mayor confiabilidad. Estos atributos hacen que las PCB de cobre pesado sean indispensables en aplicaciones que requieren un rendimiento eléctrico sólido y resiliencia en condiciones exigentes.
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PCB de cobre pesado
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PCB multicapa
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PCB rígido-flexible
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PCB flexible
¿Qué es la PCB de cobre pesado?
Los PCB de cobre pesado se refieren a placas de circuito con un espesor de cobre superior a 2 oz (70 μm), preferido sobre el término PCB de cobre "grueso". Están disponibles en varios pesos estándar:
2 oz (70 μm)
3 oz (105 μm)
4 oz (140 μm)
6 oz (210 μm)
8 oz (280 μm)
10 oz (350 μm)
Atributos clave:
Normalmente se utiliza material dieléctrico FR-4
Se utiliza principalmente para capas internas en lugar de capas externas
Los orificios pasantes enchapados (PTH) a menudo requieren taponamiento o relleno
Requiere procesos precisos de registro y laminación
Las PCB de cobre pesado mejoran:
Rendimiento térmico
Capacidad de transporte de corriente
Aplicaciones:
Iluminación LED
Electrónica de potencia
Inversores de vehículos eléctricos
Estos atributos hacen que las PCB de cobre pesado sean indispensables en aplicaciones que requieren una gestión térmica robusta y capacidades de alta corriente.
Beneficios de las PCB de cobre pesado
Las PCB de cobre grueso ofrecen ventajas significativas sobre el cobre estándar de 1 oz:
Mayor capacidad de corriente: el cobre grueso reduce la densidad de corriente, lo que reduce el calentamiento y permite mayores capacidades de manejo de corriente.
Rendimiento térmico mejorado: la propagación mejorada del calor debido a la mayor conductividad térmica del cobre grueso mantiene los componentes más fríos.
Menor resistencia: las capas de cobre más gruesas reducen la resistencia de la lámina, lo que mejora la conductividad y minimiza las pérdidas resistivas.
Distribución de energía efectiva: las capas internas de cobre grueso sirven como planos de distribución de energía robustos en PCB multicapa, lo que reduce el rebote de tierra y el ruido.
Fiabilidad mejorada: una mayor resistencia al estrés térmico, la fatiga y el daño por carga eléctrica mejora la confiabilidad a largo plazo.
Blindaje EMI y ruido: las capas de cobre gruesas integradas brindan un blindaje efectivo contra la interferencia electromagnética y la diafonía.
Estos atributos hacen que las PCB de cobre grueso sean esenciales para aplicaciones que requieren alta confiabilidad, gestión térmica y rendimiento eléctrico.
Descripción general de la fabricación de PCB de cobre pesado
La producción de PCB de cobre pesado implica procesos de fabricación especializados y equipos adaptados a sus requisitos únicos en comparación con las PCB estándar.
Adquisición de laminados revestidos de cobre
Las PCB de cobre pesado comienzan con laminados FR-4 revestidos con láminas de cobre laminadas de varios pesos:
1⁄2 oz (18 μm)
1 oz (35 μm)
2 oz (70 μm)
3 oz (105 μm)
Las láminas de cobre se unen a núcleos dieléctricos como FR-4, resina CE, hidrocarburo, cerámica y teflón mediante métodos de unión por fusión o adhesivos.
Registro y laminado
La alineación precisa de las capas durante el laminado es fundamental debido a problemas de tolerancia del cobre grueso (±10 % para cobre de 2 oz). Los sistemas de registro óptico automático garantizan una alineación precisa.
Laminación
La laminación de cobre pesado requiere mayor presión, temperatura y tiempo en comparación con las PCB estándar para garantizar una fuerte adhesión entre el cobre y los materiales dieléctricos.
Orificios pasantes enchapados (PTH)
Los PTH en PCB de cobre pesado requieren relleno o taponamiento para evitar gases atrapados y delaminación durante la laminación. Las opciones de relleno incluyen rellenos de cobre enchapado, pastas conductoras y tapones de epoxi no conductores.
Grabado
El grabado de capas gruesas de cobre requiere más tiempo. La agitación durante el grabado del panel mejora la uniformidad y, a menudo, se necesitan máscaras de grabado más gruesas para duraciones de grabado prolongadas.
Recubrimiento de pilares
Después del grabado, se recubre cobre adicional para formar pilares de conexión más gruesos alrededor de las almohadillas y las vías, compensando la pérdida de cobre durante el proceso de grabado.
Inspección óptica automatizada (AOI)
La inspección visual de capas gruesas de cobre es un desafío. Los sistemas AOI son cruciales para inspeccionar la alineación, detectar defectos y garantizar la eliminación de huecos de cobre sobre recubrimiento (COPV).
Pruebas y certificación
Las pruebas eléctricas validan la conectividad y la continuidad. Se recomienda la certificación IPC 6012 Clase 3 para garantizar la alta confiabilidad de las PCB de cobre pesado.
Pautas de diseño de PCB de cobre pesado
Consideraciones clave de diseño para PCB de cobre pesado:
Apilamiento de capas:
Coloque capas de cobre gruesas cerca del centro de la placa para minimizar la deformación.
Evite colocar capas externas adyacentes entre sí para mitigar los desafíos de registro.
Gire la dirección del tejido de la fibra 90° entre capas dieléctricas adyacentes para mejorar la estabilidad dimensional.
Ubicación de los componentes:
Asegúrese de que haya suficiente espacio libre entre las capas planas para garantizar una cobertura completa de la máscara de soldadura.
Considere las sombras proyectadas por los componentes sobre las capas internas de cobre.
Verifique que el cobre esté expuesto en los orificios perforados para evitar conexiones eléctricas no deseadas.
Gestión térmica:
Coloque los componentes que generan calor sobre capas gruesas de cobre para utilizarlos como difusores de calor.
Utilice múltiples vías debajo de los componentes calientes para transferir calor de manera eficiente a los planos internos.
Pistas de alta corriente:
Use vertido de cobre o polígonos para líneas de alta corriente en lugar de múltiples pistas paralelas.
Coloque estas pistas adyacentes a las vías de orificio pasante enchapadas para facilitar una disipación de calor efectiva.
Pasantes llenos:
Minimice el uso de pasantes llenos, ya que pueden impedir la transferencia de calor en comparación con los pasantes huecos.
Si es necesario, avellane los pasantes llenos y asegúrese de que haya espacio para la máscara de soldadura alrededor de los orificios.
Panel y herramientas:
Incorpore tolerancias generosas para los procesos de fabricación y ensamblaje.
Tenga en cuenta la contracción, el estiramiento y la posible deformación del material durante la fabricación.
Incluya marcas de referencia y cupones de prueba en los paneles para facilitar la precisión de las herramientas y las pruebas.
Análisis DFM:
Busque comentarios de diseño para fabricación (DFM) del fabricante durante la fase de diseño.
Aborde las inquietudes sobre la capacidad de fabricación, en particular las relacionadas con los problemas de tolerancia del cobre pesado.
La colaboración temprana con el fabricante de PCB garantiza fases de producción y creación de prototipos más fluidas.
Cómo encontrar el socio adecuado para el cobre pesado
Selección de un fabricante de PCB para placas de cobre de gran espesor:
Lista de comprobación de capacidades:
Espesores de laminado: Asegúrese de que se puedan utilizar espesores de cobre de 2 oz, 3 oz, 4 oz, etc.
Relleno de PTH: Capacidad con opciones como cobre, tinta conductora o taponamiento de epoxi para orificios pasantes enchapados.
Precisión de registro: Precisión de ≤ 0,003” (preferible) para una alineación precisa de las capas.
Grabado de línea fina: Capacidad para lograr una línea/espacio de ≤ 4 milésimas de pulgada para diseños de circuitos complejos.
Espesor del enchapado: Espesor mínimo del enchapado de ≥ 2,5 milésimas de pulgada de cobre en orificios para una conectividad robusta.
Enchapado seccional: Capacidad para enchapado posterior al grabado para rellenar huecos y garantizar una distribución uniforme del cobre.
Inspección AOI: Utilización de inspección óptica automatizada de alta resolución con más de 5 cámaras para control de calidad.
Calidad y certificaciones:
Estándares IPC 6012 Clase 3: Cumplimiento de los estrictos procesos de taller IPC 6012 Clase 3.
Certificación ISO 9001: Sistema de gestión de calidad certificado que garantiza estándares de fabricación consistentes.
Aprobación UL o TUV: Cumplimiento de los estándares de seguridad y rendimiento de UL o TUV.
Pruebas de calificación: Experiencia en pruebas de estrés térmico, choque y vibración para garantizar la confiabilidad y durabilidad.
Experiencia técnica:
Experiencia con diseños de cobre pesado: Experiencia demostrada con referencias en el manejo de proyectos de PCB de cobre pesado.
Soporte de diseño para fabricación (DFM): Capacidad para proporcionar retroalimentación y optimización integrales de DFM.
Análisis térmico y simulaciones de corriente plana: Competencia en gestión térmica y simulaciones de corriente eléctrica para un rendimiento óptimo.
Retroalimentación y consulta: Capacidad para proporcionar información sobre mejoras de diseño, apilado y confiabilidad.
Prototipado eficiente:
Cargos de ingeniería no recurrente bajos: creación de prototipos rentable con costos mínimos de ingeniería no recurrente (NRE).
Sin requisitos de cantidad mínima: capacidades de producción flexibles que se adaptan a pedidos de gran y pequeño volumen.
Rápido plazo de entrega: servicios acelerados con plazos de entrega de 24 horas para construcciones simples de 2 a 4 capas.
Consideraciones de evaluación:
Evalúe minuciosamente a los posibles fabricantes en función de estos criterios para asegurarse de que cumplan con sus requisitos para la fabricación de PCB de cobre pesado.
Conclusión
La tecnología de PCB de cobre pesado aborda cargas de corriente elevadas, necesidades de rendimiento térmico y requisitos de integridad de energía en aplicaciones electrónicas. Las capas gruesas de cobre mejoran la confiabilidad, pero exigen controles de proceso meticulosos durante la fabricación. La colaboración con un fabricante de PCB en las primeras etapas de diseño y el cumplimiento de las pautas de diseño son cruciales para aprovechar las ventajas de las PCB de cobre pesado de manera eficaz. Asociarse con un fabricante experimentado que ofrezca revisiones de diseño y pruebas de calificación garantiza resultados óptimos en la fabricación de PCB de cobre pesado, aprovechando la precisión y la experiencia especializadas.