Ağır Bakır PCB'ler için Üretim Teknolojisi: Yüksek Akımlı Elektronikleri Geliştirmek

Müşteriler tarafından insanlaştırılmış görüntüler

3 oz (105μm) veya daha büyük kalınlıkları olan bakır izleri ve düzlemlerle tanımlanan ağır bakır PCB'ler, yüksek güçlü elektronik sistemlerin omurgasıdır.Elektrikli araç (EV) invertörlerinden endüstriyel motor denetleyicilerine, bu özel devre plakaları modern güç elektronikleri için gereken akım taşıma kapasitesini ve termal performansı sağlar.Ağır bakır üretim teknolojisindeki gelişmeler yeteneklerini genişletti, daha yüksek akım değerlerine ve daha iyi güvenilirliğe sahip daha ince levhalar sağlar.

Bu kılavuz, ağır bakır PCB'ler için en son üretim teknolojilerini, standart bakır tasarımlara karşı temel avantajlarını,ve üreticilerin yüksek güçli uygulamaların ihtiyaçlarını karşılamak için geleneksel zorlukları nasıl üstlendiğini.

Önemli Önemli Noktalar
1Ağır bakır PCB'ler (3 oz +) standart 1 oz bakır PCB'lere göre 2 ′′5 kat daha fazla akım ile ilgilenir ve ısı dağılımı için 40 ′′60% daha iyi termal iletkenlik gösterir.
2Gelişmiş kaplama teknikleri (doğrudan metalleşme, darbe kaplama) şimdi 50A+ güç yolları için kritik olan büyük panellerde tek tip bakır kalınlığı (± 5%) elde ediyor.
3Lazer ablasyonu ve plazma kazımı, ağır bakır tasarımlarda daha ince iz genişliklerine (0,2 mm) izin verir ve yüksek akım kapasitesini sinyal bütünlüğü ile dengeler.
4Ağır bakır PCB'lerin üretim maliyetleri standart PCB'lere göre 2×4 kat daha yüksektir, ancak dayanıklılıkları, daha uzun ömür ve daha az ısı sinkleri sayesinde sistem maliyetlerini %15~25% azaltır.

Ağır Bakırlı PCB'ler Nedir?
Ağır bakır PCB'ler, aşırı yüksek güç uygulamaları için 20 oz'a (700 μm) kadar uzanan 3 oz'dan (105 μm) başlayan kalınlıklarda bakır izleri, uçaklar ve viaslara sahiptir.Bu kalın bakır iki önemli yarar sağlar:
1Yüksek Akım Kapasitesi: Daha kalın bakır direnci azaltır (Ohm'un Yasası), aşırı ısınmadan 30 ~ 200A akımlarına izin verir.10oz iz (350μm) aynı genişlikte 80A taşırken.
2Üstün Termal İletişimlilik: Bakırın yüksek termal iletkenliği (401 W/m·K), güç bileşenlerinden (örneğin, IGBT'ler, MOSFET'ler) ısıyı tüm tabloda yayar ve sıcak noktaları 30-50 °C azaltır.
Bu özellikler, ağır bakır PCB'leri elektrikli araçlarda, yenilenebilir enerji sistemlerinde ve güç yoğunluğunun ve güvenilirliğinin pazarlık edilemeyeceği endüstriyel makinelerde vazgeçilmez kılar.

Ağır bakır PCB'ler için üretim teknolojileri
Ağır bakır PCB'lerin üretimi, hassasiyeti korurken kalın bakırı işlemek için özel süreçler gerektirir.
1Bakır Depozisyonu: Kalın, Tekdüze Katmanlar Yapma
Kalın bakır PCB üretiminde en kritik zorluk, kalın bakırın eşit şekilde depolanmasıdır.:
a.Pulse Plating: Sürekli DC yerine pulslu akım (açma / kapanma döngüleri) kullanır, "kıyıda birikimi" (iz kenarlarında daha kalın bakır) azaltır..Geleneksel kaplama ile ± 15%. 3 ¢ 10 oz bakır için ideal olan darbe kaplama, 20 μm / saat oranında çökme oranları ile.
b. Doğrudan Metalleşme: Bakırı doğrudan dielektrikle bağlamak için iletken polimerler kullanarak geleneksel elektroliz bakır tohum katmanlarını atlar.Bu, 10-20oz bakır tasarımlarda yapışkanlık sorunlarını ortadan kaldırır.Delaminasyonu %40 oranında azaltır.
c. Laminated Copper Foil: Ultra kalın bakır için (10 ′′ 20 oz), pre-laminated bakır folyolar (bir basında dielektrik bağlanmış) kaplama yerine.Bu yöntem, 20 oz tasarım için üretim süresini %50 azaltır ama inceliği 0'a sınırlandırır..5mm+.

2- Çizim: Kalın Bakırdaki hassasiyet
İz oluşturmak için kalın bakır (≥3 oz) kazım, standart 1 oz bakırdan daha agresif işlemler gerektirir:
a.Plazma kazım: 3 ̊5 oz tasarımlarda daha ince iz genişliklerine (0.2 mm) ulaşarak bakır kazımında iyonlaşmış gaz (O2, CF4) kullanır.Plazma kazımı kimyasal kazımdan 2 kat daha yavaş, ancak alt kesimi (karşılık altında fazla kazım) % 70 azaltır, genişlik doğruluğunun akım kapasitesini etkilediği yüksek akım izleri için kritik.
b.Lazer Ablasyonu: 5 ̊10 oz bakır için, lazerler (CO2 veya lif) bakırı dirençsiz olarak seçerek çıkarır ve karmaşık desenler oluşturur (örneğin, 0.3 mm aralarındaki 0.3 mm izler).Lazer ablasyonu prototipler veya düşük hacimli çalışmalar için idealdir, pahalı fotoğraf maskelerinden kaçınır.
Kimyasal kazım (Artırılmış): Değiştirilmiş kazım maddeleri (artısal maddelerle demir klorür) 3 ̊5 oz bakır kazımını hızlandırır ve eşitsiz çıkarılmayı önlemek için optimize edilmiş püskürtme basınçları ile.Bu, büyük hacimli üretim için en uygun maliyetli yöntem olmaya devam ediyor.

3Doldurma ve kaplama yoluyla: Yüksek akım bağlantıları sağlamak
Ağır bakır PCB'lerdeki boşluklar büyük akımlar taşımalıdır ve doldurulmuş veya kalın kaplanmış fıçılar gerektirir:
a.Bakır yoluyla doldurma: Elektroplating, 20 ′′50A'yı (standart kaplama viasları için 10 ′′20A'ya karşı) taşıyan katı iletkenler oluşturarak, viasları tamamen bakırla doldurur.Doldurulmuş viaslar ısı iletkenliğini de iyileştirir, iç katmanlardan dış düzlemlere ısı aktarır.
b.Yüksek Kalınlıklı Plating: Doldurulacak kadar büyük viaslar için, 75 ′′100μm bakır (3 ′′4x standart kalınlık) ile kaplama, akım kapasitesini sağlar.Buradaki puls plakalama, varil kalınlığını eşit tutmak için kullanılır., aşırı ısınmaya neden olan "boynuzlanmayı" (daha ince bölümleri) önler.

4Laminasyon: Delaminasyon yapmadan yapıştırma katmanları
Ağır bakır PCB'ler genellikle çok katmanlı tasarımlar kullanır ve katman ayrımını önlemek için sağlam bir laminatör gerektirir:
Kontrollü Basınç Laminasyonu: Programlanabilir basınç profillerine sahip basınçlar (300-500 psi'ye kadar kademeli olarak artıyor) 10 oz+ bakır ile bile bakır ve dielektrik arasında uygun bir bağlama sağlar.Bu, delaminasyonu %60 oranında azaltır.. standart laminatör.
b.Yüksek Tg Dielektrikler: Cam geçiş sıcaklıkları (Tg) ≥170°C (standart FR4 için 130°C'ye karşı) olan FR4, ağır bakır tarafından üretilen daha yüksek sıcaklıklara dayanır.Laminasyon ve çalışma sırasında reçinin bozulmasını önlemek.

Gelişmiş Ağır Bakır Üretim Teknolojilerinin Avantajları
Bu üretim ilerlemeleri ağır bakır PCB'ler için yeni yetenekler açtı:

1Yüksek Akım yoğunluğu.
Daha ince izler, daha fazla akım: Lazer ablasyonu ve plazma kazımı, 3 oz bakırdaki 0.2 mm izleri %30 daha dar hale getirir.Kompakt EV pil yönetim sistemlerine (BMS) daha fazla güç yolu yerleştirmek.
Düşük Kesim Alanı: Gelişmiş kaplama tekdüze kalınlığa ulaşır, bu nedenle tasarımcılar alan tasarrufu için daha ince izler (aynı akım kapasitesine sahip) belirleyebilirler.5 oz bakır izi artık 7 oz izinin yerini alabilir., tahta ağırlığını %15 azaltır.

2. Termal Performansı Geliştirdi
Daha iyi ısı yayılması: Tekdüze bakır düzlemleri (puls plakalama yoluyla elde edilir) ısıyı tekdüze olmayan katmanlara göre% 40 daha eşit şekilde yayar ve 100A+ endüstriyel motor tahriklerinde sıcak noktaları ortadan kaldırır.
Entegre Isı Alıcıları: Kalın bakır uçaklar, harici soğutma ihtiyacını azaltan yerleşik ısı alıcıları olarak çalışır.

3Güvenilirlik arttırıldı.
Düşük Yorgunluk: Doğrudan metalleşme bakır yapışkanlığını iyileştirir, izleri titreşime (20G) ve termal döngüye (-40 ° C'den 125 ° C'ye) daha dirençli hale getirir.Bu, otomotiv uygulamalarında ömrünü 2 ̇3 kat uzatır..
Daha Düşük Arıza Riskleri: Doldurulmuş viaslar, yüksek voltajlı (600V+) sistemlerde alan arızasını% 50 oranında azaltarak yayılmaya neden olan boşlukları (hava ceplerini) ortadan kaldırır.

Ağır Bakır PCB'lerin Uygulamaları
Gelişmiş üretim teknolojileri, ağır bakır PCB kullanım durumlarını endüstrilerde genişletti:
1Elektrikli Araçlar (EV) ve Hibrit EV'ler
Değiştiriciler: Motorlar için DC batarya gücünü AC'ye dönüştürür, 100 ′′ 300A'yı işlemek için 3 ′′ 10 oz bakır izi kullanır. Pulslu bakır, aşırı ısınmayı önleyerek tekdüze akım dağılımını sağlar.
Batarya Yönetim Sistemleri (BMS): 5 oz bakır izi, kompakt modüllerde yüksek akım dengelemesini (20A) sağlayan dolu viaslarla batarya hücrelerini bağlar.

2Yenilenebilir Enerji
Güneş Değiştiricileri: 7 ′′10 oz bakır PCB'ler, güç yarı iletkenlerinden ısı dağıtan kalın bakır düzlemlerle güneş panellerinden 50 ′′100A'yı ele alır.
Rüzgar Türbini Denetleyicileri: 10 ′′ 15 oz bakır, sert ortamlarda güvenilirliği sağlayan laminatlı bakır folyo ile türbin pitch kontrollerinde 150A akımlarına dayanır.

3Endüstriyel Makine
Motor Sürücüler: Değişken frekans sürücülerindeki (VFD'ler) 3 ′′ 7 oz bakır PCB'ler, sıkı kablolara uygun plazma kazınan izlerle 30 ′′ 80A taşır.
Kaynak ekipmanları: 15 ′′ 20 oz bakır, yüksek ısı altında delaminasyonu önlemek için doğrudan metalleşmeyi kullanarak kaynak güç kaynaklarında 200A + akımları ele alır.

4Havacılık ve Savunma
Güç Dağıtım Birimleri (PDU): Uçaklardaki 5 ′′10 oz bakır PCB'ler 50 ′′100A dağıtıyor ve doldurulmuş viaslar 40.000 fit yükseklikte güvenilirliği sağlıyor.
Radar Sistemleri: Ağır bakır uçaklar hem güç iletkenleri hem de yüksek güç verici için ısı sinkleri olarak hareket ederek ağırlığı geleneksel tasarımlara göre% 20 azaltır.

Maliyet Düşünceleri ve Dönüştürme
Ağır bakır PCB'ler, özel malzemeler ve işlemler nedeniyle standart 1 oz PCB'lerden 2 ¢ 4 kat daha pahalıdır.
a.Kısaltılmış Bileşen Maliyetleri: Entegre ısı yayımı, yüksek güçlü tasarımlarda (5 ′′) 20 ısı sinkini ortadan kaldırır.
b.Daha uzun ömür süresi: Endüstriyel ve havacılık sistemlerindeki değiştirme maliyetlerini 2 ̇ 3 kat daha uzun bir çalışma ömrü azaltır.
c.Küçük ayak izi: Daha yüksek akım yoğunluğu tahta boyutunu% 20-30 azaltır ve kaplama ve nakliye maliyetlerini tasarruf eder.
Örnek: 5 oz bakır EV inverterlerinin 1000 ünitelik bir sürümü (1 oz PCB'lerden 20.000 daha fazla ön maliyetle ancak bir miktar tasarruf sağlar) ısı sinklerinde 30.000 ve garanti iddialarında (15.000) tasarrufta 25.000.

Sık Sorulan Sorular
S: Ağır bakır PCB'ler için maksimum bakır kalınlığı nedir?
A: Ticari üretim, özel askeri uygulamalar için özel tasarımlar 30oz (1050μm) 'a ulaşabilir.

S: Ağır bakır PCB'ler yüksek hızlı sinyalleri destekleyebilir mi?
C: Evet, plazma kazımı, kontrol edilen impedans (50Ω/100Ω) ile 0.2mm izleri sağlar ve bunları güç-elektronik ile iletişim sistemlerinde (örneğin EV CAN otobüsleri) 1Gbps sinyalleri için uygun hale getirir.

S: Ağır bakır PCB'ler termal döngüyü nasıl idare eder?
A: Gelişmiş laminatör ve doğrudan metalleşme, bakır-dilektrik gerginliği azaltır, delaminasyon olmadan 1000+ ısı döngüsüne (-40 ° C'den 125 ° C'ye) izin verir. IPC-6012 Sınıf 3 standartlarını karşılamak.

S: Ağır bakır PCB'ler kurşunsuz lehimle uyumlu mu?
C: Evet “yüksek Tg dielektrikler ve sağlam bakır yapışkanlığı, 260 °C kurşunsuz geri akış sıcaklıklarına bozulmadan dayanabilir.

S: Ağır bakır PCB'ler için tipik teslim süresi nedir?
A: Prototipler için 4 ′′6 hafta (3 ′′5 oz), yüksek hacimli üretim için 6 ′′8 hafta (5 ′′10 oz). Uzman laminasyon nedeniyle ultra kalın (15 ′′20 oz) tasarımlar 8 ′′10 hafta sürebilir.

Sonuçlar
Ağır bakır PCB'ler için üretim teknolojileri, yüksek güç uygulamaları için daha ince, daha güvenilir ve daha yüksek performanslı tablolar sağlayarak çarpıcı bir şekilde ilerledi.Tekdüze kalınlık için darbe plakalamasından ince izler için lazer ablasyonuna kadarBu yenilikler, elektrikli araçlarda, yenilenebilir enerji ve endüstriyel sistemlerde ağır bakır PCB'lerin rolünü genişletti.
Ağır bakır PCB'ler daha yüksek başlangıç maliyetleri taşıyor olsa da, sistem boyutunu azaltma, ısı alıcılarını ortadan kaldırma ve ömrünü uzatma yetenekleri, uzun vadeli güvenilirlik için uygun maliyetli bir seçim haline getiriyor.Yüksek akımlı elektroniklere olan talep arttıkçaDepolama, kazım,ve laminasyon ağır bakır PCB'lerin elde edebildiklerinin sınırlarını zorlamaya devam edecektir.