Teknologi Produksi untuk PCB Tembaga Berat: Memajukan Elektronik Arus Tinggi

Citra-citra yang dibuat oleh pelanggan

Heavy copper PCBs yang didefinisikan oleh jejak tembaga dan pesawat dengan ketebalan 3oz (105μm) atau lebih besar adalah tulang punggung sistem elektronik bertenaga tinggi.Dari inverter kendaraan listrik (EV) ke pengontrol motor industri, papan sirkuit khusus ini memberikan kapasitas pembawa arus dan kinerja termal yang dibutuhkan untuk elektronik daya modern.kemajuan dalam teknologi produksi tembaga berat telah memperluas kemampuan mereka, memungkinkan papan yang lebih tipis dengan nilai arus yang lebih tinggi dan peningkatan keandalan.

Panduan ini mengeksplorasi teknologi produksi terbaru untuk PCB tembaga berat, keuntungan utama mereka dibandingkan desain tembaga standar,dan bagaimana produsen mengatasi tantangan tradisional untuk memenuhi kebutuhan aplikasi bertenaga tinggi.

Hal-Hal Utama
1.PCB tembaga berat (3oz +) menangani arus 2 ′′ 5x lebih banyak daripada PCB tembaga 1oz standar, dengan 40 ′′ 60% konduktivitas termal yang lebih baik untuk disipasi panas.
2Teknik plating canggih (metalisasi langsung, plating pulsa) sekarang mencapai ketebalan tembaga yang seragam (± 5%) di panel besar, penting untuk jalur daya 50A +.
3Laser ablation dan plasma etching memungkinkan lebar jejak yang lebih halus (0,2 mm) dalam desain tembaga berat, menyeimbangkan kapasitas arus yang tinggi dengan integritas sinyal.
4Biaya produksi untuk PCB tembaga berat adalah 2×4x lebih tinggi daripada PCB standar, tetapi daya tahan mereka mengurangi biaya sistem sebesar 15×25% melalui umur yang lebih lama dan lebih sedikit heat sink.

Apa Itu PCB Tembaga Berat?
PCB tembaga berat memiliki jejak tembaga, pesawat, dan vias dengan ketebalan mulai dari 3oz (105μm), memperpanjang hingga 20oz (700μm) untuk aplikasi daya tinggi yang ekstrim.Tembaga tebal ini memberikan dua manfaat penting:
1Kapasitas arus yang tinggi: Tembaga yang lebih tebal mengurangi resistensi (hukum Ohm), memungkinkan arus 30~200A tanpa overheating.sementara jejak 10oz (350μm) membawa 80A dalam lebar yang sama.
2Konduktivitas termal yang superior: Konduktivitas termal tembaga yang tinggi (401 W/m·K) menyebarkan panas dari komponen daya (misalnya, IGBT, MOSFET) di seluruh papan, mengurangi hotspot sebesar 30-50 °C.
Sifat-sifat ini membuat PCB tembaga berat sangat diperlukan dalam EV, sistem energi terbarukan, dan mesin industri di mana kepadatan daya dan keandalan tidak dapat dinegosiasikan.

Teknologi Produksi PCB Tembaga Berat
Pembuatan PCB tembaga berat membutuhkan proses khusus untuk menangani tembaga tebal sambil mempertahankan presisi.
1. Pengendapan Tembaga: Membangun Lapisan Tepi dan Seragam
Deposit tembaga tebal secara seragam adalah tantangan yang paling kritis dalam produksi PCB tembaga berat.:
a.Pulse Plating: Menggunakan arus berdenyut (siklus on/off) alih-alih DC terus menerus, mengurangi "pengumpulan tepi" (tembaga yang lebih tebal di tepi jejak). Ini mencapai keseragaman ketebalan ± 5% di seluruh panel 18 "× 24".±15% dengan plating konvensional. pulse plating sangat ideal untuk 3 ̊10oz tembaga, dengan tingkat deposisi 20μm / jam.
b.Metalisasi langsung: Menghindari lapisan biji tembaga tradisional tanpa elektro, menggunakan polimer konduktif untuk mengikat tembaga langsung ke dielektrik.Hal ini menghilangkan masalah perekat pada desain tembaga 10 20oz, mengurangi delaminasi sebesar 40%.
c. Foil Tembaga Laminasi: Untuk tembaga ultra-tebal (10 ′′ 20 oz), foil tembaga pra-laminasi (diikat ke dielektrik dalam pers) menggantikan plating.Metode ini mengurangi waktu produksi sebesar 50% untuk desain 20oz tetapi membatasi jejak halus ke 0.5mm+.

2Etching: Keakuratan di Tembaga Kental
Mengikis tembaga tebal (≥3oz) untuk membentuk jejak membutuhkan proses yang lebih agresif daripada tembaga 1oz standar:
a. Plasma Etching: Menggunakan gas terionisasi (O2, CF4) untuk mengetuk tembaga, mencapai lebar jejak yang lebih halus (0,2 mm) dalam desain 3 ̊5oz.Plasma etching adalah 2x lebih lambat daripada etching kimia tetapi mengurangi undercutting (lebih etching di bawah tahan) sebesar 70%, penting untuk jejak arus tinggi di mana akurasi lebar berdampak pada kapasitas arus.
b. Ablasi Laser: Untuk tembaga 5 ̊10 oz, laser (CO2 atau serat) secara selektif menghilangkan tembaga tanpa perlawanan, menciptakan pola yang rumit (misalnya, jejak 0,3 mm dengan jarak 0,3 mm).Laser ablasi sangat ideal untuk prototipe atau low-volume run, karena menghindari topeng foto yang mahal.
c.Chemical Etching (Enhanced): Etchants dimodifikasi (ferric klorida dengan aditif) mempercepat etching 3 ̊5oz tembaga, dengan tekanan semprot dioptimalkan untuk mencegah penghapusan yang tidak merata.Ini tetap metode yang paling hemat biaya untuk produksi volume tinggi.

3Melalui Pengisian dan Pelapisan: Memastikan Koneksi Listrik Tinggi
Vias dalam PCB tembaga berat harus membawa arus besar, yang membutuhkan tong yang diisi atau dilapisi tebal:
a. Tembaga Via Pengisian: Electroplating mengisi vias sepenuhnya dengan tembaga, menciptakan konduktor padat yang menangani 2050A (vs. 1020A untuk vias plated standar).Via yang diisi juga meningkatkan konduktivitas panas, mentransfer panas dari lapisan dalam ke bidang luar.
b.Lapisan Ketebalan Tinggi Melalui Pelapisan: Untuk vias yang terlalu besar untuk diisi, pelapisan dengan tembaga 75-100μm (34x ketebalan standar) memastikan kapasitas arus.Pulse plating digunakan di sini untuk menjaga ketebalan tong seragam, mencegah "menyekat" (bagian yang lebih tipis) yang menyebabkan overheating.

4Laminasi: lapisan pengikat tanpa delaminasi
PCB tembaga berat sering menggunakan desain multi-lapisan, yang membutuhkan laminasi yang kuat untuk mencegah pemisahan lapisan:
a. Laminasi Tekanan Terkontrol: Pencet dengan profil tekanan yang dapat diprogram (meningkat secara bertahap menjadi 300 ∼ 500 psi) memastikan ikatan yang tepat antara tembaga dan dielektrik, bahkan dengan tembaga 10oz +.Ini mengurangi delaminasi sebesar 60% vs.. laminasi standar.
b.High-Tg Dielektrik: FR4 dengan suhu transisi kaca (Tg) ≥170°C (vs 130°C untuk FR4 standar) tahan suhu yang lebih tinggi yang dihasilkan oleh tembaga berat,mencegah degradasi resin selama laminasi dan operasi.

Keuntungan Teknologi Produksi Tembaga Berat Lanjutan
Kemajuan manufaktur ini telah membuka kemampuan baru untuk PCB tembaga berat:

1. Ketumpatan arus yang lebih tinggi
Jejak yang lebih halus, lebih banyak arus: Ablasi laser dan pengetikan plasma memungkinkan jejak 0,2 mm dalam tembaga 3 oz 30% lebih sempit dari yang mungkin sebelumnya.pemasangan lebih banyak jalur daya dalam sistem manajemen baterai EV kompak (BMS).
Area Potongan Rendah: Plating lanjutan mencapai ketebalan yang seragam, sehingga desainer dapat menentukan jejak yang lebih tipis (dengan kapasitas arus yang sama) untuk menghemat ruang.Sebuah jejak 5oz tembaga sekarang bisa menggantikan jejak 7oz, mengurangi berat papan sebesar 15%.

2. Performa termal yang ditingkatkan
Penyebaran Panas yang Lebih Baik: Pesawat tembaga seragam (dicapai melalui pelapis pulsa) menyebarkan panas 40% lebih merata daripada lapisan yang tidak seragam, menghilangkan hotspot di penggerak motor industri 100A +.
Integrated Heat Sinks: Pesawat tembaga tebal bertindak sebagai sink panas built-in, mengurangi kebutuhan untuk pendinginan eksternal.

3. Keandalan yang ditingkatkan
Pengurangan kelelahan: Metalisasi langsung meningkatkan adhesi tembaga, membuat jejak lebih tahan terhadap getaran (20G) dan siklus termal (-40 ° C hingga 125 ° C).Hal ini memperpanjang umur dengan 2 ¢ 3x dalam aplikasi otomotif.
Risiko kegagalan yang lebih rendah: Via yang diisi menghilangkan kekosongan (kantong udara) yang menyebabkan busur, mengurangi kegagalan medan sebesar 50% dalam sistem tegangan tinggi (600V +).

Aplikasi PCB Tembaga Berat
Teknologi produksi canggih telah memperluas kasus penggunaan PCB tembaga berat di seluruh industri:
1Kendaraan listrik (EV) dan EV hibrida
Inverter: Mengkonversi daya baterai DC ke AC untuk motor, menggunakan jejak tembaga 3 ′′ 10oz untuk menangani 100 ′′ 300A. Tembaga yang dilapisi pulsa memastikan distribusi arus yang seragam, mencegah overheating.
Sistem Manajemen Baterai (BMS): 5oz jejak tembaga menghubungkan sel-sel baterai, dengan vias yang diisi memungkinkan keseimbangan arus tinggi (20A) dalam modul kompak.

2Energi Terbarukan
Inverter surya: PCB tembaga 7 ′′ 10oz menangani 50 ′′ 100A dari panel surya, dengan pesawat tembaga tebal menghilangkan panas dari semikonduktor daya.
Pengontrol Turbin Angin: 10 ̊15oz tembaga menahan arus 150A dalam kontrol pitch turbin, dengan foil tembaga laminasi memastikan keandalan di lingkungan yang keras.

3. Mesin Industri
Penggerak Motor: 3 ′′ 7oz PCB tembaga dalam drive frekuensi variabel (VFD) membawa 30 ′′ 80A, dengan jejak plasma yang terukir yang sesuai dengan kandang yang ketat.
Peralatan Pengelasan: 15 ′′ 20oz tembaga menangani arus 200A + dalam catu daya pengelasan, menggunakan metalisasi langsung untuk mencegah delaminasi di bawah panas tinggi.

4. Aerospace dan Pertahanan
Unit Distribusi Daya (PDU): PCB tembaga 510oz di pesawat mendistribusikan 50100A, dengan vias yang diisi memastikan keandalan pada ketinggian 40.000 kaki.
Sistem radar: Pesawat tembaga berat berfungsi sebagai konduktor daya dan sumur panas untuk pemancar bertenaga tinggi, mengurangi berat 20% dibandingkan dengan desain tradisional.

Pertimbangan Biaya dan ROI
PCB tembaga berat biaya 2 ¢ 4x lebih dari PCB 1 oz standar karena bahan khusus dan proses.
a. Mengurangi Biaya Komponen: Penyebaran panas terintegrasi menghilangkan (5 ̊) 20 heat sink dalam desain bertenaga tinggi.
b.Longer Lifespan: 2×3x lebih lama kehidupan operasional mengurangi biaya penggantian dalam sistem industri dan aerospace.
c.Jarak yang lebih kecil: kepadatan arus yang lebih tinggi mengurangi ukuran papan sebesar 20-30%, menghemat biaya kandang dan pengiriman.
Contoh: 1000 unit run dari 5oz tembaga EV inverter biaya (20.000 lebih di muka daripada 1oz PCB tetapi menghemat) 30.000 di heat sinks dan (15.000 dalam klaim garansi) 25.000 dalam penghematan.

Pertanyaan Umum
T: Apa ketebalan tembaga maksimum untuk PCB tembaga berat?
A: Produksi komersial mendukung hingga 20oz (700μm), meskipun desain khusus dapat mencapai 30oz (1050μm) untuk aplikasi militer khusus.

T: Bisakah PCB tembaga berat mendukung sinyal kecepatan tinggi?
A: Ya, etching plasma memungkinkan jejak 0,2 mm dengan impedansi yang terkontrol (50Ω/100Ω), sehingga cocok untuk sinyal 1Gbps dalam sistem elektronik daya dengan komunikasi (misalnya, bus EV CAN).

T: Bagaimana PCB tembaga berat menangani siklus termal?
A: Laminasi lanjutan dan metalisasi langsung mengurangi ketegangan tembaga-dieletrik, memungkinkan 1.000+ siklus termal (-40°C sampai 125°C) tanpa delaminasi – memenuhi standar IPC-6012 Kelas 3.

T: Apakah PCB tembaga berat kompatibel dengan pengelasan bebas timbal?
A: Ya √ Dielektrik Tg tinggi dan adhesi tembaga yang kuat menahan suhu aliran kembali bebas timbal 260 °C tanpa degradasi.

T: Berapa waktu pengiriman PCB tembaga berat?
A: 4 ′′ 6 minggu untuk prototipe (3 ′′ 5oz), 6 ′′ 8 minggu untuk produksi volume tinggi (5 ′′ 10oz).

Kesimpulan
Teknologi produksi untuk PCB tembaga berat telah maju secara dramatis, memungkinkan papan yang lebih tipis, lebih andal, dan berkinerja lebih tinggi untuk aplikasi bertenaga tinggi.Dari pulse plating untuk ketebalan seragam untuk laser ablation untuk jejak halus, inovasi ini telah memperluas peran PCB tembaga berat dalam EV, energi terbarukan, dan sistem industri di mana kepadatan daya dan daya tahan sangat penting.
Sementara PCB tembaga berat membawa biaya awal yang lebih tinggi, kemampuan mereka untuk mengurangi ukuran sistem, menghilangkan heat sinks, dan memperpanjang umur membuat mereka pilihan yang hemat biaya untuk keandalan jangka panjang.Karena permintaan untuk elektronik arus tinggi tumbuh, kemajuan lebih lanjut dalam deposisi, etching,dan laminasi akan terus mendorong batas-batas dari apa yang PCB tembaga berat dapat mencapai mengukuhkan tempat mereka sebagai teknologi dasar di masa depan power electronics.