Introdução
PCBs de cobre pesado são placas de circuito especializadas com espessuras de cobre que excedem 2 oz (70 μm). Essa espessura de cobre aumentada oferece várias vantagens distintas, incluindo capacidade de transporte de corrente aprimorada, gerenciamento térmico superior e confiabilidade elevada. Esses atributos tornam os PCBs de cobre pesado indispensáveis em aplicações que exigem desempenho elétrico robusto e resiliência sob condições exigentes.
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PCB de cobre pesado
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PCB multicamadas
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PCB rígido-flexível
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PCB flexível
O que é PCB de cobre pesado?
PCBs de cobre pesados referem-se a placas de circuito com espessura de cobre superior a 2 oz (70 μm), preferíveis ao termo PCB de cobre "grosso". Eles estão disponíveis em vários pesos padrão:
2 oz (70 μm)
3 oz (105 μm)
4 oz (140 μm)
6 oz (210 μm)
8 oz (280 μm)
10 oz (350 μm)
Principais atributos:
Normalmente usa material dielétrico FR-4
Utilizado principalmente para camadas internas em vez de camadas externas
Orifícios passantes revestidos (PTHs) geralmente exigem tamponamento ou preenchimento
Requer processos precisos de registro e laminação
PCBs de cobre pesados melhoram:
Desempenho térmico
Capacidade de transporte de corrente
Aplicações:
1. Iluminação LED
2. Eletrônica de potência
3. Inversores de veículos elétricos
Esses atributos tornam os PCBs de cobre pesados indispensáveis em aplicações que exigem gerenciamento térmico robusto e alta capacidade de corrente.
Benefícios dos PCBs de cobre pesado
PCBs de cobre pesado oferecem vantagens significativas sobre o cobre padrão de 1 oz:
Maior capacidade de corrente: o cobre espesso reduz a densidade de corrente, diminuindo o aquecimento e permitindo maiores capacidades de manuseio de corrente.
Melhor desempenho térmico: a propagação de calor aprimorada devido à maior condutividade térmica do cobre espesso mantém os componentes mais frios.
Menor resistência: camadas de cobre mais espessas reduzem a resistência da folha, aumentando a condutividade e minimizando as perdas resistivas.
Distribuição de energia eficaz: camadas internas de cobre espessas servem como planos de distribuição de energia robustos em PCBs multicamadas, reduzindo o salto de aterramento e o ruído.
Confiabilidade aprimorada: maior resistência ao estresse térmico, fadiga e danos à carga elétrica melhora a confiabilidade a longo prazo.
EMI e blindagem de ruído: camadas de cobre espessas incorporadas fornecem blindagem eficaz contra interferência eletromagnética e diafonia.
Esses atributos tornam os PCBs de cobre pesados essenciais para aplicações que exigem alta confiabilidade, gerenciamento térmico e desempenho elétrico.
Visão geral da fabricação de PCB de cobre pesado
A produção de PCBs de cobre pesado envolve processos de fabricação especializados e equipamentos adaptados para seus requisitos exclusivos em comparação com PCBs padrão.
Fornecimento de laminados revestidos de cobre
PCBs de cobre pesados começam com laminados FR-4 revestidos com folhas de cobre laminadas de vários pesos:
1⁄2 oz (18 μm)
1 oz (35 μm)
2 oz (70 μm)
3 oz (105 μm)
As folhas de cobre são ligadas a núcleos dielétricos, como FR-4, resina CE, hidrocarboneto, cerâmica e Teflon, usando métodos de colagem por fusão ou adesivo.
Registro e Layup
O alinhamento preciso das camadas durante o layup é crítico devido a problemas de tolerância de cobre espesso (±10% para cobre de 2 oz). Os sistemas de registro óptico automático garantem o alinhamento preciso.
Laminação
A laminação de cobre pesado requer pressão, temperatura e tempo maiores em comparação com PCBs padrão para garantir uma forte adesão entre cobre e materiais dielétricos.
Plated Through Holes (PTHs)
PTHs em PCBs de cobre pesado requerem preenchimento ou tamponamento para evitar gases presos e delaminação durante a laminação. As opções de preenchimento incluem preenchimentos de cobre revestido, pastas condutoras e plugues epóxi não condutores.
Gravação
Gravar camadas espessas de cobre requer tempos mais longos. A agitação durante a gravação do painel melhora a uniformidade, e máscaras de gravação mais espessas são frequentemente necessárias para durações de gravação prolongadas.
Revestimento de Pilar
Após a gravação, cobre adicional é revestido para formar pilares de conexão mais espessos ao redor de almofadas e vias, compensando a perda de cobre durante o processo de gravação.
Inspeção Óptica Automatizada (AOI)
A inspeção visual de camadas pesadas de cobre é desafiadora. Os sistemas AOI são cruciais para inspecionar o alinhamento, detectar defeitos e garantir a liberação do Copper Over Plating Void (COPV).
Testes e Certificação
Os testes elétricos validam a conectividade e a continuidade, com a certificação IPC 6012 Classe 3 recomendada para garantir alta confiabilidade de PCBs de cobre pesado.
Diretrizes de projeto de PCB de cobre pesado
Principais considerações de design para PCBs de cobre pesado:
Empilhamento de camadas:
1. Posicione camadas grossas de cobre perto do centro da placa para minimizar a deformação.
2. Evite colocar camadas externas adjacentes umas às outras para mitigar os desafios de registro.
3. Gire a direção da trama da fibra em 90° entre camadas dielétricas adjacentes para maior estabilidade dimensional.
Posicionamento do componente:
1. Garanta uma folga adequada das camadas planas para garantir a cobertura completa da máscara de solda.
2. Considere sombras projetadas por componentes nas camadas internas de cobre.
3. Verifique se há cobre exposto em furos perfurados para evitar conexões elétricas não intencionais.
Gerenciamento térmico:
Posicione os componentes geradores de calor sobre camadas grossas de cobre para utilizá-los como dissipadores de calor.
Utilize várias vias abaixo dos componentes quentes para transferir calor de forma eficiente para os planos internos.
Traços de alta corrente:
Use vazamento de cobre ou polígonos para linhas de alta corrente em vez de vários traços paralelos.
Coloque esses traços adjacentes a vias de furo passante revestidas para facilitar a dissipação efetiva de calor.
Vias preenchidas:
Minimize o uso de vias preenchidas, pois elas podem impedir a transferência de calor em comparação com vias ocas.
Se necessário, escareie as vias preenchidas e garanta a folga da máscara de solda ao redor dos furos.
Painel e ferramentas:
1. Incorpore tolerâncias generosas para processos de fabricação e montagem.
2. Considere o encolhimento do material, alongamento e possível empenamento durante a fabricação.
3. Inclua fiduciais e cupons de teste em painéis para facilitar ferramentas e testes precisos.
Análise DFM:
1. Busque feedback de Design for Manufacturing (DFM) do fabricante durante a fase de design.
2. Aborde as preocupações com a capacidade de fabricação, principalmente em relação a problemas de tolerância pesada ao cobre.
3. A colaboração antecipada com o fabricante de PCB garante fases de prototipagem e produção mais suaves.
Encontrando o parceiro certo para cobre pesado
Selecionando um fabricante de PCB para placas de cobre pesadas:
Lista de verificação de recursos:
1. Espessuras do laminado: garanta recursos para espessuras de cobre de 2 oz, 3 oz, 4 oz, etc.
2. Preenchimento de PTH: capacidade com opções como cobre, tinta condutora ou plug de epóxi para furos passantes revestidos.
3. Precisão de registro: precisão de ≤ 0,003” (preferencial) para alinhamento preciso da camada.
4. Gravação de linha fina: capacidade de atingir ≤ 4 mil de linha/espaço para projetos de circuitos complexos.
5. Espessura do revestimento: espessura mínima de revestimento de ≥ 2,5 mils de cobre em furos para conectividade robusta.
6. Revestimento seccional: capacidade de revestimento pós-gravação para preencher lacunas e garantir distribuição uniforme de cobre.
7. Inspeção AOI: Utilização de inspeção óptica automatizada de alta resolução com mais de 5 câmeras para garantia de qualidade.
Qualidade e Certificações:
1. Padrões IPC 6012 Classe 3: Adesão aos rigorosos processos de chão de fábrica IPC 6012 Classe 3.
2. Certificação ISO 9001: Sistema de gestão de qualidade certificado que garante padrões de fabricação consistentes.
3. Aprovação UL ou TUV: Conformidade com os padrões de segurança e desempenho UL ou TUV.
4. Teste de qualificação: Experiência em testes de estresse térmico, choque e vibração para garantir confiabilidade e durabilidade.
Conhecimento técnico:
1. Experiência com projetos de cobre pesado: Conhecimento demonstrado com referências no manuseio de projetos de PCB de cobre pesado.
2. Suporte de design para fabricação (DFM): Capacidade de fornecer feedback e otimização abrangentes de DFM.
3. Análise térmica e simulações de corrente plana: Proficiência em gerenciamento térmico e simulações de corrente elétrica para desempenho ideal.
4. Feedback e consultoria: capacidade de fornecer insights sobre layout, empilhamento e aprimoramentos de confiabilidade.
Prototipagem enxuta:
1. Baixas taxas de NRE: prototipagem econômica com taxas mínimas de engenharia não recorrente (NRE).
2. Sem requisitos de quantidade mínima: capacidades de produção flexíveis que acomodam pedidos de pequeno e grande volume.
3. Resposta rápida: serviços rápidos com resposta em 24 horas para construções simples de 2 a 4 camadas.
Considerações de avaliação:
Avalie cuidadosamente os fabricantes em potencial com base nesses critérios para garantir que eles atendam aos seus requisitos para fabricação de PCB de cobre pesado.
Conclusão
A tecnologia de PCB de cobre pesado aborda altas cargas de corrente, necessidades de desempenho térmico e requisitos de integridade de energia em aplicações eletrônicas. Camadas espessas de cobre aumentam a confiabilidade, mas exigem controles de processo meticulosos durante a fabricação. A colaboração com um fabricante de PCB no início da fase de design e a adesão às diretrizes de layout são cruciais para aproveitar as vantagens de PCBs de cobre pesado de forma eficaz. A parceria com um fabricante experiente que oferece revisões de design e testes de qualificação garante resultados ideais na fabricação de PCB de cobre pesado, alavancando precisão e experiência especializadas.