PCB ทองแดงหนา: ผู้ผลิตชั้นนำ การใช้งาน และการใช้ในอุตสาหกรรม

ภาพลูกค้า-anthroized

PCBs ทองแดงหนัก-กำหนดโดยชั้นทองแดงหนา (3oz หรือมากกว่า)-เป็นกระดูกสันหลังของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีกำลังสูงทำให้สามารถถ่ายโอนกระแสน้ำขนาดใหญ่ในการออกแบบขนาดกะทัดรัด ซึ่งแตกต่างจาก PCBs มาตรฐาน (ทองแดง 1–2oz) บอร์ดพิเศษเหล่านี้ให้การนำความร้อนที่เหนือกว่าความแข็งแรงเชิงกลและความสามารถในการพกพาในปัจจุบันทำให้พวกเขาขาดไม่ได้ในอุตสาหกรรมตั้งแต่พลังงานหมุนเวียนไปจนถึงการบินและอวกาศ เนื่องจากความต้องการอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานสูง (เช่นเครื่องชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า, ไดรฟ์มอเตอร์อุตสาหกรรม) เพิ่มขึ้น PCB ทองแดงหนักได้กลายเป็นเทคโนโลยีที่สำคัญโดยผู้ผลิตชั้นนำที่ผลักดันขอบเขตของสิ่งที่เป็นไปได้ในแง่ของความหนา (สูงถึง 20oz) และความซับซ้อนในการออกแบบ

คู่มือนี้สำรวจบทบาทสำคัญของ PCB ทองแดงหนักเน้นผู้ผลิตชั้นนำแอพพลิเคชั่นหลักในอุตสาหกรรมและข้อได้เปรียบที่เป็นเอกลักษณ์ที่ทำให้พวกเขาจำเป็นสำหรับระบบพลังงานสูง ไม่ว่าคุณจะออกแบบอินเวอร์เตอร์พลังงาน 500A หรือวงจรทหารที่ทนทานการทำความเข้าใจเทคโนโลยีทองแดงหนักจะช่วยให้คุณเพิ่มประสิทธิภาพประสิทธิภาพความน่าเชื่อถือและค่าใช้จ่าย

ประเด็นสำคัญ
1. การเปลี่ยนแปลง: PCB ทองแดงหนักมีชั้นทองแดงของ 3oz (105μm) หรือมากกว่าโดยมีการออกแบบขั้นสูงที่รองรับได้ถึง 20oz (700μm) สำหรับแอปพลิเคชันพลังงานที่รุนแรง
2. ข้อดี: การจัดการปัจจุบันที่เพิ่มขึ้น (สูงถึง 1,000A), การกระจายความร้อนที่เหนือกว่า (3x ดีกว่า PCB มาตรฐาน) และเพิ่มความแข็งแรงเชิงกลสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
3. ผู้ผลิตท็อป: LT Circuit, TTM Technologies และ AT&S นำไปสู่การผลิตทองแดงหนักนำเสนอความสามารถจาก 3oz ถึง 20oz ด้วยความอดทนอย่างแน่นหนา
4. แอพพลิเคชั่น: โดดเด่นในการชาร์จ EV, เครื่องจักรอุตสาหกรรม, พลังงานหมุนเวียนและการบินและอวกาศ-ที่ซึ่งพลังงานสูงและความน่าเชื่อถือไม่สามารถต่อรองได้
5. ข้อควรพิจารณาที่ได้รับการออกแบบ: ต้องมีการผลิตแบบพิเศษ (การชุบทองแดงหนา, การแกะสลักควบคุม) และการเป็นหุ้นส่วนกับผู้ผลิตที่มีประสบการณ์เพื่อหลีกเลี่ยงข้อบกพร่องเช่นช่องว่างหรือการชุบที่ไม่สม่ำเสมอ

PCB ทองแดงหนักคืออะไร?
PCB ทองแดงหนักถูกกำหนดโดยตัวนำทองแดงหนาซึ่งเกินมาตรฐาน 1-2oz (35–70μm) ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ผู้บริโภคส่วนใหญ่ ความหนาที่เพิ่มขึ้นนี้ให้ประโยชน์ที่สำคัญสามประการ:

1. ความจุปัจจุบันสูง: ร่องรอยทองแดงหนาลดความต้านทานช่วยให้พวกเขาสามารถพกพาแอมป์หลายร้อยแอมป์โดยไม่ต้องมีความร้อนสูงเกินไป
2. ค่าการนำความร้อนแบบเหนือกว่า: การนำความร้อนสูงของทองแดง (401 W/m · K) กระจายความร้อนออกไปจากส่วนประกอบลดจุดร้อน
4. ความทนทานของกลไก: ทองแดงหนาเสริมร่องรอยทำให้พวกเขาทนต่อการสั่นสะเทือนการปั่นจักรยานความร้อนและความเครียดทางกายภาพ

PCB ทองแดงหนักไม่ได้เป็นเพียงบอร์ดมาตรฐานที่“ หนากว่า” เท่านั้นพวกเขาต้องการเทคนิคการผลิตพิเศษรวมถึงการชุบทองแดงกรดการแกะสลักและการเคลือบเสริมเพื่อให้แน่ใจว่ามีความหนาและการยึดเกาะสม่ำเสมอ

ผู้ผลิต PCB ทองแดงหนักชั้นนำ
การเลือกผู้ผลิตที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญสำหรับ PCB ทองแดงหนักเนื่องจากการผลิตต้องการความแม่นยำและความเชี่ยวชาญ ด้านล่างคือผู้นำอุตสาหกรรม:
1. LT Circuit
ความสามารถ: ทองแดง 3oz ถึง 20oz, การออกแบบชั้น 4-20, และความคลาดเคลื่อนที่แน่น (± 5% สำหรับความหนาของทองแดง)
จุดแข็งที่สำคัญ:

A.in-house acid copper plating สำหรับการสะสมทองแดงหนาสม่ำเสมอ
B. กระบวนการแกะสลักขั้นสูงเพื่อรักษาร่องรอย/พื้นที่ 5/5 ล้านเมตรแม้จะมีทองแดง 10oz
C.Certifications: ISO 9001, IATF 16949 (ยานยนต์) และ AS9100 (การบินและอวกาศ)
การใช้งาน: เครื่องชาร์จ EV, แหล่งพลังงานทางทหารและอินเวอร์เตอร์อุตสาหกรรม

2. TTM Technologies (USA)
ความสามารถ: ทองแดง 3oz ถึง 12oz, บอร์ดขนาดใหญ่ (สูงถึง 600 มม. × 1200 มม.)
จุดแข็งที่สำคัญ:

A.Focus ในตลาดความน่าเชื่อถือสูง (การบินและอวกาศการป้องกัน)
B.Integrated Solutions การจัดการความร้อน (Sinks Heat Sinks แบบฝัง)
C. การฟื้นตัวอย่างรวดเร็ว (2-3 สัปดาห์สำหรับต้นแบบ)
แอพพลิเคชั่น: การกระจายพลังงานของเครื่องบินระบบกองทัพเรือ

3. AT&S (ออสเตรีย)
ความสามารถ: ทองแดง 3oz ถึง 15oz, HDI Heavy Copper Designs
จุดแข็งที่สำคัญ:

A. มีการผสมผสานทองแดงหนักเข้ากับร่องรอยที่ดี (สำหรับการออกแบบสัญญาณผสม)
การผลิตที่มีความสามารถ (พลังงานหมุนเวียน 100%)
C.Automotive Focus (IATF 16949 ได้รับการรับรอง)
การใช้งาน: ระบบส่งกำลังไฟฟ้ารถยนต์, ระบบ ADAS

4. Unimicron (ไต้หวัน)
ความสามารถ: 3oz ถึง 10oz Copper, การผลิตปริมาณสูง (100k+ units/เดือน)
จุดแข็งที่สำคัญ:

A. การผลิตมวลที่มีประสิทธิภาพสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานสูงที่หันหน้าเข้าหาผู้บริโภค
การทดสอบขั้นสูง (การปั่นจักรยานความร้อนการสั่นสะเทือน) เพื่อความน่าเชื่อถือ
แอพพลิเคชั่น: ระบบจัดเก็บพลังงานภายในบ้านส่วนประกอบสมาร์ทกริด

ข้อดีที่สำคัญของ PCBs ทองแดงหนัก
PCB ทองแดงหนักมีประสิทธิภาพสูงกว่า PCB มาตรฐานในแอพพลิเคชั่นที่มีกำลังสูงนำเสนอผลประโยชน์ที่ส่งผลกระทบโดยตรงต่อความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพ:

1. การจัดการกระแสที่สูงขึ้น
ร่องรอยทองแดงหนาลดความต้านทาน (กฎของโอห์ม) ทำให้พวกเขาสามารถส่งกระแสไฟฟ้าได้มากกว่าร่องรอยมาตรฐาน ตัวอย่างเช่น:

AA กว้าง 5 มม., 3oz Copper Trace มี 60A ที่มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น 10 ° C
BA Standard 1oz Trace ที่มีความกว้างเท่ากันมีเพียง 30A - HALF กระแส

ความสามารถนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับเครื่องชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า (300A), ช่างเชื่อมอุตสาหกรรม (500A) และแหล่งจ่ายไฟศูนย์ข้อมูล (200A)

2. การจัดการความร้อนที่เหนือกว่า
ค่าการนำความร้อนสูงของทองแดง (401 W/m · K) ทำให้ PCBs ทองแดงหนักกระจายความร้อนที่ยอดเยี่ยม:

ระนาบทองแดง AA 10oz กระจายความร้อนเร็วกว่าระนาบ 1oz 3x ลดอุณหภูมิส่วนประกอบลง 20–30 ° C
B.Combined ด้วย Vias ความร้อนทองแดงหนักสร้างเส้นทางความร้อนที่มีประสิทธิภาพจากส่วนประกอบร้อน (เช่น MOSFETs) ไปยังระนาบระบายความร้อน

กรณีศึกษา: อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ 250W ที่ใช้ PCB ทองแดง 5 ออนซ์วิ่งเย็นกว่า 15 ° C เย็นกว่าการออกแบบเดียวกันกับทองแดง 1 ออนซ์ขยายอายุการใช้งานตัวเก็บประจุอายุ 2x

3. ความแข็งแรงเชิงกลที่เพิ่มขึ้น
ทองแดงหนาเสริมร่องรอยทำให้ทนต่อ:

A.Vibration: ร่องรอยทองแดง 3oz อยู่รอดได้ 20 กรัมการสั่นสะเทือน (MIL-STD-883H) โดยไม่ต้องแคร็กเทียบกับ 10G สำหรับร่องรอย 1 ออนซ์
B. การปั่นจักรยาน Thermal: ทน 1,000+ รอบ (-40 ° C ถึง 125 ° C) ด้วยความเมื่อยล้าน้อยที่สุดสำคัญสำหรับการใช้ยานยนต์และการบินและอวกาศ
C.SPHYSICAL Stress: แผ่นทองแดงหนาต้านทานความเสียหายจากการแทรกขั้วต่อซ้ำ (เช่นในขั้วต่ออุตสาหกรรม)

4. ลดขนาดบอร์ด
Heavy Copper ช่วยให้นักออกแบบใช้ร่องรอยที่แคบกว่าสำหรับขนาดกระดานที่หดตัวเดียวกัน:

กระแส AA 60A ต้องใช้การติดตาม 1oz กว้าง 10 มม. แต่มีร่องรอย 3oz กว้าง 5 มม. เพียง 5% ซึ่งช่วยประหยัดพื้นที่ได้ 50%

การย่อขนาดนี้เป็นกุญแจสำคัญสำหรับอุปกรณ์ขนาดกะทัดรัดเช่น EV on-board Chargers และเครื่องมืออุตสาหกรรมแบบพกพา

แอปพลิเคชันในอุตสาหกรรม
PCB ทองแดงหนักมีการเปลี่ยนแปลงในภาคส่วนที่พลังงานสูงและความน่าเชื่อถือมีความสำคัญ:
1. พลังงานหมุนเวียน
A.Solar Inverters: แปลง DC จากแผงเป็น AC จัดการกระแส 100–500A ด้วยทองแดง 3–10oz
B.Wind Turbine Controllers: จัดการระบบระดับเสียงและหันเหโดยใช้ทองแดง 5-12oz เพื่อทนต่อการสั่นสะเทือนและการแกว่งอุณหภูมิ
ระบบจัดเก็บข้อมูล C.Energy (ESS): ธนาคารแบตเตอรี่ชาร์จ/คายประจุต้องใช้ทองแดง 3–5oz สำหรับกระแส 100–200a

2. ยานยนต์และรถยนต์ไฟฟ้า
A.EV สถานีชาร์จ: DC Fast Chargers (150–350kW) ใช้ทองแดง 5–10oz สำหรับเส้นทางไฟฟ้าแรงดันสูง (800V)
B.Battery Management Systems (BMS): สมดุลเซลล์ในแบตเตอรี่ EV พร้อมทองแดง 3–5oz เพื่อจัดการ 50–100A
C.PowerTrains: อินเวอร์เตอร์แปลง DC เป็น AC สำหรับมอเตอร์โดยอาศัยทองแดง 5–15oz สำหรับกระแสน้ำ 200–500a

3. เครื่องจักรอุตสาหกรรม
A.Motor Drives: ควบคุมมอเตอร์ AC/DC ในโรงงานโดยใช้ทองแดง 3–5oz สำหรับกระแส 60–100a
B. Welding Equipment: ส่งมอบกระแสสูง (100–500A) ไปยังการเชื่อมส่วนโค้งต้องใช้ทองแดง 10-20oz
C.Robotics: แขนหุ่นยนต์ที่ใช้งานหนักได้ด้วยร่องรอยทองแดง 3–5oz ที่ต่อต้านความเหนื่อยล้าที่เกิดจากการสั่นสะเทือน

4. การบินและอวกาศและการป้องกัน
A.Aircraft Power Distribution: แจกจ่ายพลังงาน 115V AC/28V DC โดยใช้ทองแดง 5–12oz สำหรับ 50–200a
B.Smilitary Vehicles: ระบบยานเกราะ (การสื่อสาร, อาวุธ) พึ่งพาทองแดง 10–15oz เพื่อความน่าเชื่อถือที่ทนทาน
C.Satellite Power Systems: จัดการพลังงานแผงโซลาร์เซลล์ด้วยทองแดง 3–5oz เพื่อจัดการ 20–50A ในสภาวะสูญญากาศ

ความท้าทายและโซลูชั่นการผลิต
การผลิต PCB ทองแดงหนักนั้นซับซ้อนกว่า PCB มาตรฐานโดยมีความท้าทายที่ไม่ซ้ำกันซึ่งต้องใช้โซลูชั่นพิเศษ:

1. การชุบแบบสม่ำเสมอ
ความท้าทาย: การบรรลุความหนาของทองแดงในพื้นที่ขนาดใหญ่หลีกเลี่ยง“ ขอบหนา” หรือช่องว่าง
การแก้ปัญหา: การชุบทองแดงกรดที่มีการควบคุมความหนาแน่นปัจจุบันและการกวนเป็นระยะเพื่อให้แน่ใจว่ามีการสะสมอย่างสม่ำเสมอ

2. ความแม่นยำในการแกะสลัก
ความท้าทาย: การแกะสลักทองแดงหนาโดยไม่ต้องตัดต่ำ (การกำจัดด้านการติดตามมากเกินไป)
วิธีแก้ปัญหา: etchants ควบคุม (เช่น cupric chloride) ด้วยเวลาที่แม่นยำและการตรวจสอบหลังการตรวจสอบผ่าน AOI

3. ความสมบูรณ์ของการเคลือบ
ความท้าทาย: การป้องกันการแยกแยะระหว่างชั้นทองแดงหนาและสารตั้งต้น
การแก้ปัญหา: การเคลือบด้วยแรงดันสูง (400–500 psi) และฟอยล์ทองแดงก่อนอบเพื่อขจัดความชื้น

4. ความเครียดจากความร้อน
ความท้าทาย: การขยายตัวที่แตกต่างระหว่างทองแดงหนาและสารตั้งต้นในระหว่างการให้ความร้อน
วิธีแก้ปัญหา: การใช้พื้นผิว CTE ต่ำ (เช่น FR-4 ที่เต็มไปด้วยเซรามิกและการออกแบบด้วยการบรรเทาความร้อน

ออกแบบแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับ PCBs ทองแดงหนัก
เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพสูงสุดและหลีกเลี่ยงปัญหาการผลิตให้ทำตามแนวทางเหล่านี้:

1. เพิ่มความกว้างการติดตาม: ใช้การคำนวณ IPC-2221 กับร่องรอยขนาดสำหรับการเพิ่มขึ้นของกระแสและอุณหภูมิ ตัวอย่างเช่นการติดตาม 100A ต้องใช้ความกว้าง 8 มม. ด้วยทองแดง 5oz
2. รวมการบรรเทาความร้อน: เพิ่ม“ คอ” ที่การเชื่อมต่อแผ่นเพื่อลดความเครียดจากความร้อนในระหว่างการบัดกรี
3. ใช้งานผ่านหลุม (PTHs): ตรวจสอบให้แน่ใจว่า vias มีขนาดใหญ่พอ (≥0.8มม.) เพื่อรองรับการชุบทองแดงหนา
4. ระบุความคลาดเคลื่อน: ขอ± 5% ความหนาของทองแดงความหนาสำหรับเส้นทางพลังงานที่สำคัญ
5. การเชื่อมโยงในช่วงต้นกับผู้ผลิต: มีส่วนร่วมซัพพลายเออร์เช่น LT Circuit ระหว่างการออกแบบเพื่อจัดการกับความสามารถในการผลิต (เช่นการติดตามขั้นต่ำ/พื้นที่สำหรับทองแดง 10oz)

คำถามที่พบบ่อย
ถาม: อะไรคือการติดตาม/พื้นที่ขั้นต่ำสำหรับ PCB ทองแดงหนัก?
ตอบ: สำหรับทองแดง 3oz, 5/5 ล้าน (125/125μm) เป็นมาตรฐาน สำหรับทองแดง 10oz, 8/8 ล้านเป็นเรื่องปกติแม้ว่าผู้ผลิตขั้นสูงเช่น LT Circuit สามารถบรรลุ 6/6 ล้าน

ถาม: PCB ทองแดงหนักเข้ากันได้กับการบัดกรีแบบตะกั่วหรือไม่?
ตอบ: ใช่ แต่ทองแดงหนาทำหน้าที่เป็นอ่างล้างจานความร้อน - เพิ่มเวลาบัดกรี 20-30% เพื่อให้แน่ใจว่าเปียกที่เหมาะสม

ถาม: PCB ทองแดงหนักมีราคาเท่าไหร่มากกว่า PCB มาตรฐาน?
ตอบ: 3oz Copper PCBs มีราคา 30–50% มากกว่า 1oz PCBs โดยมีการออกแบบ 10oz+ ราคาสูงกว่า 2–3x เนื่องจากการประมวลผลพิเศษ

ถาม: PCB ทองแดงหนักสามารถใช้กับเทคโนโลยี HDI ได้หรือไม่?
ตอบ: ใช่-ผู้ผลิตเช่น AT&S เสนอการออกแบบทองแดงหนัก HDI รวม microvias เข้ากับทองแดงหนาสำหรับระบบผสม (พลังงาน + ควบคุม)

ถาม: อุณหภูมิการทำงานสูงสุดสำหรับ PCB ทองแดงหนักคืออะไร?
ตอบ: ด้วยพื้นผิว TG สูง (180 ° C+) พวกเขาทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือสูงถึง 125 ° C โดยมีความอดทนระยะสั้นสำหรับ 150 ° C

บทสรุป
PCB ทองแดงหนักเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้พลังงานสูงซึ่งขับเคลื่อนพลังงานหมุนเวียนยานยนต์และการปฏิวัติอุตสาหกรรม ความสามารถในการจัดการกับกระแสขนาดใหญ่กระจายความร้อนและทนต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรงทำให้พวกเขาไม่สามารถถูกแทนที่ได้ในแอปพลิเคชันที่ความล้มเหลวไม่ใช่ตัวเลือก

โดยการร่วมมือกับผู้ผลิตชั้นนำเช่น LT Circuit ซึ่งรวมความเชี่ยวชาญในการชุบทองแดงหนาเข้ากับการควบคุมคุณภาพอย่างเข้มงวด - วิศวกรสามารถใช้ประโยชน์จากบอร์ดเหล่านี้เพื่อสร้างระบบที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นกะทัดรัดและเชื่อถือได้มากขึ้น ในขณะที่ความหนาแน่นของพลังงานยังคงเพิ่มขึ้น (เช่น 800V EVs, อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ 1MW), PCB ทองแดงหนักจะยังคงเป็นรากฐานที่สำคัญของการออกแบบพลังงานสูงทำให้เทคโนโลยีที่กำหนดอนาคตของเรา