Тяжелые медные печатные платы: производители, применение и ключевые отрасли

Тяжелые медные ПКБ, определяемые толщиной меди 3 унций (105 мкм) или более, являются основой высокопроизводительной электроники.позволяет эффективно распределять большие токи в применениях от электромобилей до промышленных машинВ отличие от стандартных печатных плат (1 ′′ 2 унций меди), тяжелые медные конструкции обеспечивают превосходную теплопроводность, пропускную способность и механическую прочность.делая их незаменимыми для систем, требующих надежности в экстремальных условиях.

В этом руководстве рассматриваются уникальные свойства тяжелых медных ПКБ, их производственные проблемы, лучшие производители и реальные приложения в различных отраслях.Независимо от того, проектируете ли вы систему управления батареями 500А или промышленный инвертор высокой мощности, понимание технологии тяжелой меди поможет вам выбрать правильное решение для ваших потребностей высокого тока.

Ключевые выводы
1Тяжелые медные печатные платы используют медь от 3 унций (105 мкм) до 20 унций (700 мкм), поддерживая токи до 500 А 10 раз больше, чем стандартные печатные платы 1 унции.
2Они рассеивают тепло в 3 раза быстрее, чем стандартные печатные платы, снижая температуру компонентов на 20-30 °C в высокопроизводительных приложениях.
3Критические методы производства включают контролируемую гравировку, технологию прессового приспособления и функции теплового управления, такие как заполненные медью виасы.
4Ведущие производители (например, LT CIRCUIT, Sanmina) специализируются на тяжелых медных печатных пластинках, предлагая допускающие пределы до ± 5% для широты следов.
5Ключевые отрасли включают электромобили, возобновляемые источники энергии, промышленную автоматизацию и аэрокосмическую промышленность, где высокий ток и долговечность не подлежат обсуждению.

Что такое тяжелые медные ПХБ?
Тяжелые медные печатные платы - это платы с толстыми слоями меди (3 унций +) на плоскостях питания и следах, предназначенные для переноса больших токов и эффективного рассеивания тепла.Толщина меди измеряется в унциях на квадратный фут (унциях/фт2), где 1 унция равна 35 мкм. Тяжелые конструкции из меди обычно варьируются от 3 унций (105 мкм) до 20 унций (700 мкм), хотя в пользовательских приложениях могут использоваться еще более толстые слои.

Как работают тяжелые медные ПХБ
Толстые слои меди выполняют две основные функции:

1.Высокий ток обработки: более широкие, более толстые следы уменьшают сопротивление (закон Ома), позволяя большего потока без перегрева.4 унции медной следы может переносить 50A ¢ 5x больше, чем 1 унция следы той же ширины.
2Тепловое рассеивание: высокая теплопроводность меди (401 Вт/мкк) распространяет тепло от компонентов, таких как MOSFET и трансформаторы, предотвращая горячие точки, которые ухудшают производительность.

Тяжелая медь против стандартных медных ПХБ

Ключевые свойства тяжелых медных ПХБ
Тяжелые медные печатные платы имеют уникальные характеристики, которые делают их идеальными для высокопроизводительных приложений:

1. Высокая мощность
Наиболее важным преимуществом тяжелой меди является ее способность обрабатывать большие токи.Который увеличивает толщину и ширину.:

Примечание: более высокие температуры окружающей среды уменьшают ампацитет, поскольку рассеивание тепла становится менее эффективным.

2Высшее тепловое управление
Толстые слои меди действуют как встроенные теплоотводы, распределяя тепло от компонентов:

a. 4 унции медная плоскость снижает температуру компонента на 25 ° C по сравнению с 1 унции плоскости в 100 Вт источника питания.
b. Заполненные медью тепловые каналы (0,3 ≈ 0,5 мм в диаметре) переносят тепло из поверхностных компонентов во внутренние слои, что еще больше улучшает рассеивание.

Данные испытаний: EV-инвертор с использованием 4 унций тяжелых медных ПКБ, работающий при 85 °C при полной нагрузке, против 110 °C для 2 унций дизайна, увеличивающего срок службы полупроводника в 2 раза.

3Механическая прочность
Тяжелые следы меди и самолеты более устойчивы к физическим нагрузкам:

a. Сопротивление вибрации (20 ‰ 2000 Гц) в автомобильной и промышленной среде (соответствует стандарту MIL-STD-883H).
b.Противостоит усталости от теплового цикла (-40°C - 125°C), уменьшая сбои сварных соединений на 50% по сравнению со стандартными ПХБ.

Производство тяжелых медных ПХБ: вызовы и решения
Производство тяжелых медных ПКБ требует специализированных процессов обработки толстой меди при сохранении точности:

1Контролируемая гравировка
Вырезать толстую медь (3 унции +) без подрезания (чрезмерного удаления следовых сторон) является проблемой.

a. Кислотная медная сульфатная гравировка: более медленные скорости гравирования (1μ2μm/мин) с точным контролем температуры (45μ50°C) для поддержания точности следов.
b.Step Etching: многократные прохождения с уменьшенной концентрацией гравирующего средства для минимизации подрезания, достижение допустимых отклонений от следов ± 5%.

Результат: 4 унции медной следы с целевой шириной 10 мм сохраняет 9,5 × 10,5 мм измерений, обеспечивая постоянный поток тока.

2Ламинирование и склеивание
Толстые слои меди требуют более сильной адгезии к подложке (например, FR4, керамика) для предотвращения деламинации:

a.Ламинация под высоким давлением: давление 400-500 psi при 180°C обеспечивает правильное связывание между меди и подложкой.
b.Процессы, свободные от адгезивов: Прямая связь (например, DBC для керамических субстратов) устраняет эпоксидные слои, улучшая теплопроводность.

3Тепловые проходы и характеристики управления теплом
Тяжелые медные ПХБ часто содержат дополнительные тепловые характеристики:

a.Медные проемы: покрытые медью 20-30μm для повышения теплопередачи между слоями.
b.Интегрированные теплоотсасыватели: толстые медные плоскости (10-20 унций), связанные с алюминиевыми ядрами для экстремальных тепловых нагрузок (например, 500A EV системы).

Лучшие производители тяжелых медных ПКБ
Выбор правильного производителя имеет решающее значение для обеспечения качества и производительности.
1. ЛТ Круг
Способность: 3 ′′ 20 унций меди, 4 ′′ 20 слоев ПКБ, узкие толерантности (± 5% ширины следа).
Специализация: Системы управления аккумуляторами электромобилей, промышленные инверторы и ПКБ для возобновляемых источников энергии.
Сертификации: IATF 16949 (автомобильные), ISO 9001, UL 94 V-0.

2Санмина.
Возможности: 3 ′′12 унций меди, большие форматные печатные платы (до 600 мм × 1200 мм).
Специализация: аэрокосмическая и оборонная, медицинское оборудование для визуализации.
Сертификации: AS9100, ISO 13485.

3. ТТМ Технологии
Возможности: 3 ¢ 20 унций меди, гибридные ПХБ (тяжелая меди + HDI).
Специальность: источники питания для центров обработки данных, инверторы тяги электромобилей.
Сертификации: ISO 9001, IATF 16949.

4. Мултек
Способность: 3 ̊10 унций меди, большие объемы производства (10 000+ единиц / неделю).
Специализация: потребительская электроника (мощные зарядные устройства), промышленные двигатели.
Сертификаты: ISO 9001, UL.

Применение тяжелых медных ПХБ
Тяжелые медные ПКБ используются в различных отраслях промышленности, где высокий ток и долговечность имеют решающее значение:

1Электрические транспортные средства (ЭВ) и гибридные электромобили
a.Системы управления батареей (BMS): 410 унций медной трассы контролируют и балансируют 800В батареи, обрабатывая 200500А во время зарядки/разрядки.
b. Инверторы тяги: преобразуют постоянный ток из батареи в переменный для двигателя, используя медь 6 12 унций для управления токами 300 600 А.
c. На борту зарядные устройства (OBC): медное ПКБ с объемом 3 ̊6 ̊ управляет преобразованием 10 ̊40 ̊A AC-DC с тепловыми проводами для рассеивания тепла.

2. Возобновляемая энергия
a.Солнечные инверторы: медное ПКБ 4 8oz преобразует постоянный ток из солнечных панелей в переменный ток, выдерживая токи 50 100A в наружной среде.
b. Контроллеры ветровых турбин: 6 ̊10 унций меди управляет энергией турбин, сопротивляясь вибрациям и колебаниям температуры (-40 °C до 85 °C).

3Промышленная автоматизация
a. Двигатели двигателей: 3 ‰ 6 ‰ медные ПКБ управляют промышленными двигателями (10 ‰ 50 л.с.), обрабатывающими 50 ‰ 200 А в приводах с переменной частотой (VFD).
b.Сварное оборудование: медь 10 ‰ 20 унций переносит токи 100 ‰ 500 А в дуговых сварщиках с толстыми плоскостями для рассеивания тепла от высокомощных дугов.

4Аэрокосмическая и оборонная промышленность
a. Распределение энергии на самолете: медное ПКБ 612 унций управляет системами постоянного тока 28 В в самолетах, выдерживающими изменения температуры, связанные с высотой.
b. Военные транспортные средства: 10-15 унций медных ПКБ, питающие радарные и коммуникационные системы, устойчивые к ударам и вибрациям в боевой среде.

5. Медицинские изделия
a.Изобразительное оборудование (КТ, МРТ): медное ПКБ объемом 3 6oz обрабатывает высокие токи в источниках питания, обеспечивая стабильную работу для точного изображения.
b.Системы лазерной терапии: медь 4 8oz рассеивает тепло от лазеров 50 100W, поддерживая постоянную производительность во время лечения.

Часто задаваемые вопросы о тяжелых медных ПХБ
Вопрос 1: Какова минимальная ширина следов для тяжелых медных ПХБ?
Ответ: Для 3 унций меди минимальная ширина следа составляет 0,5 мм (20 миллиметров), чтобы избежать проблем с гравировкой.

Вопрос 2: Могут ли тяжелые медные ПХБ использоваться с высокочастотными сигналами?
Ответ: Да, но толстая медь может привести к потере сигнала при >1 ГГц. Производители смягчают это, используя гибридные конструкции: тяжелую медь для энергетических слоев и стандартную медь (1 унция) для высокочастотных слоев сигнала.

Вопрос 3: Как тяжелые медные ПХБ снижают затраты на систему?
Ответ: Устраняя необходимость в внешних теплоотводах и редукторах, тяжелые медные печатные платы сокращают количество компонентов и время сборки.Инвертор для электромобилей, использующий 4 унции меди, экономит 15-20 долларов за единицу за счет замены 1 унции PCB + теплоотвода.

Вопрос 4: Какие субстраты используются с тяжелой меди?
О: FR4 (высокий Tg, Tg≥170°C) является стандартом для большинства приложений.

Q5: Соответствуют ли PCB из тяжелой меди требованиям RoHS?
A: Да – производители используют медь и субстраты без свинца, обеспечивая соответствие стандартам RoHS, REACH и IATF 16949 (автомобильные).

Заключение
Тяжелые медные печатные пластинки имеют важное значение для высокопроизводительной электроники, что позволяет эффективно обрабатывать большие токи в электромобилях, системах возобновляемой энергетики и промышленных машинах.Способность комбинировать мощность высокого тока, тепловое рассеивание и механическая долговечность делают их незаменимыми в приложениях, где стандартные печатные пластинки отказываются.

В то время как тяжелые медные печатные платы стоят дороже, их способность снижать сложность системы (например, устранять теплоотводы) и продлевать срок службы компонентов приводит к снижению общих затрат с течением времени.Сотрудничая с опытными производителями, такими как LT CIRCUIT или TTM Technologies, инженеры могут использовать технологию тяжелой меди для создания надежных, высокопроизводительных систем, которые отвечают требованиям завтрашней энергоемкой электроники.

Поскольку такие отрасли, как электромобили и возобновляемые источники энергии продолжают расти, тяжелые медные ПХБ будут играть все более важную роль в обеспечении эффективной,Устойчивое распределение электроэнергии, толще медь всегда лучше.