I. Najpierw zrozum: Dlaczego wybrać grubą miedzianą płytkę PCB? (30-sekundowe wprowadzenie)

Grube miedziane płytki PCB, mówiąc prosto, to płytki drukowane o grubości folii miedzianej ≥ 3oz (1oz ≈ 35μm). Są powszechnie spotykane w scenariuszach "wysokiej mocy, wysokiego rozpraszania ciepła", takich jak przemysłowe zasilacze, pojazdy nowej energii i sprzęt medyczny - na przykład, słupki do ładowania pojazdów nowej energii muszą wytrzymać wysokie skoki prądu. Zwykłe cienkie miedziane płytki są podatne na przegrzewanie i wypalanie. Gruba miedź działa jak "autostrada w obwodzie", szybko rozpraszając prąd i ciepło, a także poprawiając wytrzymałość mechaniczną płytki drukowanej (odporność na zginanie, odporność na wibracje). Jednak gruba miedź nie jest "im grubsza, tym lepsza". Niewłaściwe zaprojektowanie może prowadzić do problemów takich jak "nierównomierne rozpraszanie ciepła, słabe lutowanie i gwałtowny wzrost kosztów". To jest główny problem, na którym skupimy się dzisiaj: jak spełnić wymagania dotyczące wydajności, jednocześnie zapewniając możliwość produkcji (DFM)?

II. Kluczowe aspekty projektowania grubych miedzianych PCB (pierwszy krok do unikania pułapek)

1. Wybór grubości folii miedzianej: Nie podążaj ślepo za zasadą "im grubsza, tym lepsza". Kluczowa zasada: Natężenie prądu określa grubość miedzi. Uproszczony wzór to: Dopuszczalny prąd (A) ≈ Grubość folii miedzianej (oz) × Szerokość ścieżki (mm) × 0,8 (Temperatura otoczenia ≤40℃). Przykład: Folia miedziana 3oz + ścieżka o szerokości 3 mm może wytrzymać około 7,2A prądu, co jest wystarczające dla większości przemysłowych scenariuszy zasilania. Pułapka: Miedź przekraczająca 10oz może powodować zginanie PCB i trudności w wierceniu. O ile nie ma specjalnych wymagań (takich jak sprzęt lotniczy), należy dać pierwszeństwo standardowej specyfikacji 3-6oz.

2. Projekt ścieżek: Unikaj "zwężania szyi" i zapewnij płynny przepływ prądu. Szerokość ścieżki: Grube miedziane ścieżki nie powinny być zbyt wąskie! Dla folii miedzianej 3oz minimalna zalecana szerokość ścieżki wynosi ≥0,3 mm (0,1 mm wystarcza dla zwykłej cienkiej miedzi). Szerokość powinna wzrastać proporcjonalnie do prądu (np. dla folii miedzianej 6oz przenoszącej prąd 10A, zalecana szerokość wynosi ≥5 mm).

Przejście ścieżki: Unikaj nagłego zwężania/poszerzania (np. gwałtownego przejścia z 5 mm na 1 mm). Użyj "stopniowego przejścia" (długość ≥ 3 razy większa niż różnica szerokości), w przeciwnym razie powstanie "wąskie gardło prądowe", powodujące miejscowe przegrzewanie i wypalanie. Optymalizacja rozpraszania ciepła: Pod urządzeniami dużej mocy (takimi jak MOSFETy), użyj "miedziowania + otworów termicznych" (średnica przelotki 0,8-1,2 mm, odstęp 2-3 mm), aby umożliwić szybkie przewodzenie ciepła do płaszczyzny masy/zasilania.

3. Projekt przelotek: "Fatalna wada" grubych miedzianych płytek - zwróć szczególną uwagę! Średnica przelotki: Warstwa miedzi na ścianie przelotki grubej miedzianej płytki musi odpowiadać grubości folii miedzianej. Standardowa średnica przelotki 0,4 mm jest niewystarczająca do miedziowania folii miedzianej 3oz. Zalecana jest minimalna średnica przelotki ≥0,8 mm (z grubością ścianki miedzianej ≥20μm).

Liczba przelotek: Nie używaj pojedynczej przelotki na ścieżkach wysokoprądowych! Na przykład, jeśli folia miedziana 3oz przenosi prąd 5A, zaleca się użycie 2-3 przelotek równolegle (każda przelotka może wytrzymać około 2-3A prądu), aby zapobiec przegrzaniu i stopieniu przelotki.

Otwarcie maski lutowniczej: Należy zapewnić wystarczające otwory maski lutowniczej (0,2-0,3 mm większe niż średnica przelotki), aby zapobiec zatykaniu przelotki przez lut podczas lutowania, co wpłynęłoby na rozpraszanie ciepła i przewodność.

III. Projekt DFM dla grubych miedzianych PCB: Umożliwienie fabrykom "produkcji z mniejszą ilością poprawek"

Rdzeniem DFM (Design for Manufacturability) jest "projekt musi dostosować się do procesów produkcyjnych". DFM dla grubych miedzianych PCB koncentruje się na rozwiązywaniu "wyzwań procesowych wynikających z grubej miedzi":

1. Trawienie folii miedzianej: Unikanie nierównego trawienia. Minimalna szerokość/odstęp linii: Dla folii miedzianej 3oz minimalna szerokość linii ≥ 0,3 mm, a minimalny odstęp między liniami ≥ 0,3 mm (0,1 mm wystarcza dla cienkiej miedzi); dla folii miedzianej 6oz zalecana jest szerokość/odstęp linii ≥ 0,4 mm, w przeciwnym razie podczas trawienia prawdopodobne są "niedokładna szerokość linii" i "zwarcie".
2. Układanie miedzi z otworami: W przypadku układania miedzi na dużych powierzchniach, użyj "układania miedzi w siatkę" (odstęp siatki 2-3 mm, szerokość linii 0,2-0,3 mm), aby uniknąć kurczenia się folii miedzianej podczas trawienia, co może powodować zginanie PCB; jeśli wymagane jest solidne układanie miedzi, należy zarezerwować "szczeliny rozpraszania ciepła" (szerokość 0,5 mm, odstęp 10-15 mm).

2. Proces laminacji: Aby zapobiec "delaminacji i pęcherzykom", sekwencja laminacji powinna być następująca: Grubą folię miedzianą należy umieścić na "warstwie zewnętrznej" lub "blisko warstwy zewnętrznej", aby uniknąć umieszczenia jej w środku i zapobiec rozpraszaniu ciepła; grubość folii miedzianej wielowarstwowej płytki powinna być symetryczna (np. 3oz dla warstwy górnej i 3oz dla warstwy dolnej), w przeciwnym razie po laminacji nastąpi wypaczenie. Wybór podłoża: Daj pierwszeństwo podłożom o wysokiej Tg (Tg≥170℃), takim jak FR-4 Tg170 lub podłoża PI, aby uniknąć zmiękczenia podłoża i delaminacji podczas lutowania w wysokiej temperaturze (temperatura lutowania grubych miedzianych płytek jest zwykle o 10-20℃ wyższa niż w przypadku cienkiej miedzi).

3. Proces lutowania: Wybór "wysokiej przewodności cieplnej" urządzeń odpowiednich dla grubej miedzi: Daj pierwszeństwo "obudowom dużej mocy" (takim jak TO-220, D2PAK), aby uniknąć lutowania małych urządzeń w obudowach na grubej miedzi, gdzie ciepło nie może się rozproszyć, a lut się stopi. Projekt padów: Pady na grubej miedzi powinny być o 0,2-0,3 mm większe niż zwykłe pady. Na przykład, pady dla rezystora 0805 mają zwykle wymiary 0,8×1,2 mm, ale dla grubej miedzi zaleca się 1,0×1,5 mm, aby zapewnić mocne połączenie lutowane. Parametry lutowania rozpływowego: Gruba miedź pochłania więcej ciepła, więc temperatura lutowania rozpływowego powinna być odpowiednio zwiększona (o 5-10℃ wyższa niż dla cienkiej miedzi), a czas trzymania wydłużony o 10-15 sekund, aby uniknąć "zimnych lutów".

4. Kontrola kosztów: Ukryta wartość DFM (Design for Manufacturing) - Unikanie nadmiernego projektowania: Na przykład, użyj folii miedzianej 1-2oz w obszarach, gdzie nie jest wymagany wysoki prąd, i używaj grubej miedzi tylko na krytycznych ścieżkach, aby obniżyć koszty materiałowe; Znormalizowane wymiary: Używaj standardowych grubości płytek (np. 1,6 mm, 2,0 mm) tak często, jak to możliwe. Specjalne grubości płytek (np. 3,0 mm i więcej) zwiększą trudności i koszty przetwarzania; Wczesna komunikacja: Potwierdź możliwości procesowe z producentem PCB przed zaprojektowaniem (np. maksymalna grubość miedzi, minimalna średnica otworu, precyzja trawienia), aby uniknąć projektów, których nie można wyprodukować po zakończeniu.

IV. Podsumowanie:

Projektowanie grubych miedzianych PCB: "3 Kluczowe Elementy"
Grubość miedzi dopasowana do prądu: Unikaj ślepego zwiększania grubości; wybierz standardowe specyfikacje 3-6oz zgodnie z wymaganiami dotyczącymi prądu; Minimalizacja ryzyka poprzez szczegóły: Stopniowe przejścia ścieżek, równoległe przelotki i zgodna szerokość/odstęp ścieżek; Priorytet DFM: Rozważ procesy trawienia, laminacji i lutowania podczas projektowania, aby zmniejszyć poprawki. Projektowanie grubych miedzianych PCB może wydawać się skomplikowane, ale dzięki opanowaniu dwóch kluczowych elementów "przewodzenia prądu" i "kompatybilności procesowej", można uniknąć większości pułapek.