Введение
Тяжелые медные печатные платы — это специализированные печатные платы с толщиной меди более 2 унций (70 мкм). Эта увеличенная толщина меди обеспечивает несколько явных преимуществ, включая повышенную токопроводящую способность, превосходное управление температурой и повышенную надежность. Эти характеристики делают тяжелые медные печатные платы незаменимыми в приложениях, требующих надежных электрических характеристик и устойчивости в сложных условиях.
-
Тяжелая медная печатная плата
-
Многослойная печатная плата
-
Жестко-гибкая печатная плата
-
Гибкая печатная плата
Что такое печатная плата с тяжелым медным покрытием?
Термин «толстые медные печатные платы» относится к печатным платам с толщиной меди, превышающей 2 унции (70 мкм), что предпочтительнее термина «толстая» медная печатная плата. Они доступны в различных стандартных весах:
2 унции (70 мкм)
3 унции (105 мкм)
4 унции (140 мкм)
6 унций (210 мкм)
8 унций (280 мкм)
10 унций (350 мкм)
Основные характеристики:
1. Обычно используют диэлектрический материал FR-4
2. В основном используют для внутренних слоев, а не для внешних слоев
3. Металлизированные сквозные отверстия (PTH) часто требуют заглушки или заполнения
4. Требуют точной регистрации и процессов ламинирования
Тяжелые медные печатные платы улучшают:
1. Тепловые характеристики
2. Допустимую нагрузку по току
Применения:
1. Светодиодное освещение
2. Силовая электроника
3. Преобразователи электромобилей
Эти характеристики делают тяжелые медные печатные платы незаменимыми в приложениях, требующих надежное управление тепловым режимом и возможность работы с большими токами.
Преимущества печатных плат с тяжелым медным покрытием
Тяжелые медные печатные платы обладают значительными преимуществами по сравнению со стандартной медью в 1 унцию:
Более высокая токовая емкость: толстая медь снижает плотность тока, снижая нагрев и обеспечивая более высокие возможности обработки тока.
Улучшенные тепловые характеристики: улучшенное распределение тепла за счет более высокой теплопроводности толстой меди сохраняет компоненты более холодными.
Низкое сопротивление: более толстые медные слои снижают сопротивление листа, повышая проводимость и минимизируя резистивные потери.
Эффективное распределение мощности: толстые медные внутренние слои служат в качестве надежных плоскостей распределения мощности в многослойных печатных платах, уменьшая отскок заземления и шум.
Повышенная надежность: более высокая устойчивость к тепловому напряжению, усталости и повреждению электрической нагрузкой повышает долговременную надежность.
ЭМП и экранирование от шума: встроенные толстые медные слои обеспечивают эффективную защиту от электромагнитных помех и перекрестных помех.
Эти характеристики делают тяжелые медные печатные платы необходимыми для приложений, требующих высокой надежности, управления температурой и электрических характеристик.
Обзор производства печатных плат из тяжелой меди
Производство тяжелых медных печатных плат включает специализированные процессы изготовления и оборудование, адаптированные под их уникальные требования по сравнению со стандартными печатными платами.
Поиск медных плакированных ламинатов
Тяжелые медные печатные платы начинаются с ламинатов FR-4, плакированных прокатанной медной фольгой различной толщины:
1⁄2 унции (18 мкм)
1 унция (35 мкм)
2 унции (70 мкм)
3 унции (105 мкм)
Медная фольга прикрепляется к диэлектрическим сердечникам, таким как FR-4, смола CE, углеводород, керамика и тефлон, с помощью методов клеевого соединения или сплавления.
Регистрация и укладка
Точное выравнивание слоев во время укладки имеет решающее значение из-за проблем с допуском толстой меди (±10% для меди 2 унции). Автоматические оптические системы регистрации обеспечивают точное выравнивание.
Ламинирование
Ламинирование тяжелой меди требует более высокого давления, температуры и времени по сравнению со стандартными печатными платами для обеспечения прочной адгезии между медью и диэлектрическими материалами.
Плавлированные сквозные отверстия (PTH)
PTH в тяжелых медных печатных платах требуют заполнения или закупорки для предотвращения захваченных газов и расслоения во время ламинирования. Варианты заполнения включают в себя заполнение плакированной медью, проводящие пасты и непроводящие эпоксидные пробки.
Травление
Травление толстых слоев меди требует большего времени. Перемешивание во время травления панели улучшает однородность, а более толстые маски травления часто необходимы для более продолжительного травления.
Покрытие столбов
После травления дополнительная медь покрывается для формирования более толстых соединительных столбов вокруг контактных площадок и переходных отверстий, компенсируя потерю меди в процессе травления.
Автоматизированный оптический контроль (AOI)
Визуальный контроль тяжелых слоев меди является сложной задачей. Системы AOI имеют решающее значение для проверки выравнивания, обнаружения дефектов и обеспечения очистки медных пустот над покрытием (COPV).
Тестирование и сертификация
Электрические испытания подтверждают подключение и непрерывность, а сертификация IPC 6012 Class 3 рекомендуется для обеспечения высокой надежности тяжелых медных печатных плат.
Руководство по проектированию печатных плат с тяжелым медным покрытием
Основные соображения по проектированию печатных плат с тяжелым медным покрытием:
Укладка слоев:
Расположите толстые медные слои вблизи центра платы, чтобы минимизировать деформацию.
Избегайте размещения внешних слоев рядом друг с другом, чтобы смягчить проблемы регистрации.
Поверните направление переплетения волокон на 90° между соседними диэлектрическими слоями для повышения размерной стабильности.
Размещение компонентов:
Обеспечьте достаточный зазор от слоев плоскостей, чтобы обеспечить полное покрытие паяльной маской.
Учитывайте тени, отбрасываемые компонентами на внутренние медные слои.
Проверьте наличие открытой меди в просверленных отверстиях, чтобы предотвратить непреднамеренные электрические соединения.
Управление температурой:
Расположите тепловыделяющие компоненты над толстыми медными слоями, чтобы использовать их в качестве распределителей тепла.
Используйте несколько переходных отверстий под горячими компонентами для эффективной передачи тепла на внутренние плоскости.
Сильноточные трассы:
Используйте заливку меди или полигоны для сильноточных линий вместо нескольких параллельных трасс.
Размещайте эти трассы рядом с металлизированными сквозными переходными отверстиями, чтобы обеспечить эффективное рассеивание тепла.
Заполненные переходные отверстия:
Минимизируйте использование заполненных переходных отверстий, поскольку они могут препятствовать теплопередаче по сравнению с полыми переходными отверстиями.
При необходимости зенкуйте заполненные переходные отверстия и обеспечьте зазор паяльной маски вокруг отверстий.
Панель и оснастка:
Включайте большие допуски для процессов изготовления и сборки.
Учитывайте усадку материала, растяжение и потенциальную деформацию во время производства.
Включите реперные знаки и контрольные образцы на панели, чтобы облегчить точную оснастку и тестирование.
Анализ DFM:
Попросите производителя дать обратную связь по проектированию для производства (DFM) на этапе проектирования.
Решите проблемы технологичности, особенно в отношении проблем с большими допусками меди.
Раннее сотрудничество с производителем печатных плат обеспечивает более плавные этапы прототипирования и производства.
Поиск подходящего партнера по тяжелой меди
Выбор производителя печатных плат для плат с тяжелым медным покрытием:
Контрольный список возможностей:
Толщина ламината: Обеспечьте возможности для толщины меди 2 унции, 3 унции, 4 унции и т. д.
Заполнение PTH: Возможность использования таких опций, как медь, проводящие чернила или эпоксидная смола для металлизированных сквозных отверстий.
Точность регистрации: Точность ≤ 0,003” (предпочтительно) для точного выравнивания слоев.
Травление тонких линий: Возможность достижения линии/пространства ≤ 4 мил для сложных схемных конструкций.
Толщина покрытия: Минимальная толщина покрытия ≥ 2,5 мил меди в отверстиях для надежного соединения.
Секционное покрытие: Возможность нанесения покрытия после травления для заполнения зазоров и обеспечения равномерного распределения меди.
Инспекция AOI: Использование автоматизированного оптического контроля высокого разрешения с 5+ камерами для обеспечения качества.
Качество и сертификация:
Стандарты IPC 6012, класс 3: соблюдение строгих производственных процессов IPC 6012, класс 3.
Сертификация ISO 9001: сертифицированная система управления качеством, гарантирующая единообразие производственных стандартов.
Одобрение UL или TUV: соответствие стандартам безопасности и производительности UL или TUV.
Квалификационные испытания: опыт проведения испытаний на термическую нагрузку, удары и вибрацию для обеспечения надежности и долговечности.
Техническая экспертиза:
Опыт работы с проектами из тяжелой меди: подтвержденный опыт работы с проектами печатных плат из тяжелой меди.
Поддержка проектирования для производства (DFM): возможность предоставления комплексной обратной связи и оптимизации DFM.
Термический анализ и моделирование плоскостного тока: навыки управления температурой и моделирования электрического тока для оптимальной производительности.
Обратная связь и консультации: возможность предоставления информации о компоновке, стекировании и улучшении надежности.
Бережливое прототипирование:
Низкие расходы на NRE: Экономически эффективное прототипирование с минимальными расходами на единовременное проектирование (NRE).
Нет требований к минимальному количеству: Гибкие производственные возможности, позволяющие выполнять как небольшие, так и крупные заказы.
Быстрый оборот: Ускоренные услуги с 24-часовым оборотом для простых сборок из 2–4 слоев.
Соображения по оценке:
Тщательно оцените потенциальных производителей на основе этих критериев, чтобы убедиться, что они соответствуют вашим требованиям к изготовлению тяжелых медных печатных плат.
Заключение
Технология печатных плат из тяжелой меди отвечает высоким токовым нагрузкам, требованиям к тепловым характеристикам и требованиям к целостности питания в электронных приложениях. Толстые медные слои повышают надежность, но требуют тщательного контроля процесса во время изготовления. Сотрудничество с производителем печатных плат на ранней стадии проектирования и соблюдение руководств по компоновке имеют решающее значение для эффективного использования преимуществ печатных плат из тяжелой меди. Партнерство с опытным производителем, предлагающим обзоры дизайна и квалификационные испытания, обеспечивает оптимальные результаты при изготовлении печатных плат из тяжелой меди, используя специализированную точность и опыт.