I. Πρώτον, κατανοήστε: Γιατί να επιλέξετε μια χοντρή πλακέτα PCB χαλκού; (Εισαγωγή 30 δευτερολέπτων)

Οι χοντρές πλακέτες PCB χαλκού, με απλά λόγια, είναι πλακέτες κυκλωμάτων με πάχος φύλλου χαλκού ≥ 3oz (1oz ≈ 35μm). Βρίσκονται συνήθως σε σενάρια "υψηλής ισχύος, υψηλής απαγωγής θερμότητας" όπως βιομηχανικά τροφοδοτικά, οχήματα νέας ενέργειας και ιατρικός εξοπλισμός—για παράδειγμα, οι σωροί φόρτισης οχημάτων νέας ενέργειας πρέπει να αντέχουν σε υψηλά ρεύματα. Οι συνηθισμένες λεπτές πλακέτες χαλκού είναι επιρρεπείς σε υπερθέρμανση και καύση. Ο χοντρός χαλκός λειτουργεί σαν "αυτοκινητόδρομος στο κύκλωμα", διαχέοντας γρήγορα το ρεύμα και τη θερμότητα, και βελτιώνοντας επίσης τη μηχανική αντοχή της πλακέτας κυκλώματος (αντοχή σε κάμψη, αντοχή σε κραδασμούς). Ωστόσο, ο χοντρός χαλκός δεν είναι "όσο πιο χοντρός τόσο το καλύτερο". Ο ακατάλληλος σχεδιασμός μπορεί να οδηγήσει σε προβλήματα όπως "ανομοιόμορφη απαγωγή θερμότητας, κακός συγκόλληση και εκτόξευση κόστους". Αυτό είναι το βασικό ζήτημα στο οποίο θα επικεντρωθούμε σήμερα: πώς να ικανοποιήσουμε τις απαιτήσεις απόδοσης διασφαλίζοντας παράλληλα την κατασκευασιμότητα (DFM);

II. Βασικές εκτιμήσεις για το σχεδιασμό PCB χοντρού χαλκού (Πρώτο βήμα για την αποφυγή παγίδων)

1. Επιλογή πάχους φύλλου χαλκού: Μην ακολουθείτε τυφλά το "όσο πιο χοντρό τόσο το καλύτερο". Βασική αρχή: Η ονομαστική τιμή ρεύματος καθορίζει το πάχος του χαλκού. Ένας απλοποιημένος τύπος είναι: Επιτρεπόμενο ρεύμα (A) ≈ Πάχος φύλλου χαλκού (oz) × Πλάτος ίχνους (mm) × 0,8 (Θερμοκρασία περιβάλλοντος ≤40℃). Παράδειγμα: Ένα φύλλο χαλκού 3oz + ίχνος πλάτους 3mm μπορεί να αντέξει περίπου 7,2A ρεύματος, επαρκές για τα περισσότερα βιομηχανικά σενάρια τροφοδοσίας. Παγίδα: Ο χαλκός που υπερβαίνει τα 10oz μπορεί να προκαλέσει κάμψη PCB και δυσκολίες διάτρησης. Εκτός εάν υπάρχουν ειδικές απαιτήσεις (όπως αεροδιαστημικός εξοπλισμός), δώστε προτεραιότητα στην κύρια προδιαγραφή 3-6oz.

2. Σχεδιασμός ίχνους: Αποφύγετε τη "θέρμανση στενού λαιμού" και εξασφαλίστε ομαλή ροή ρεύματος. Πλάτος ίχνους: Τα χοντρά ίχνη χαλκού δεν πρέπει να είναι πολύ στενά! Για φύλλο χαλκού 3oz, το ελάχιστο συνιστώμενο πλάτος ίχνους είναι ≥0,3mm (0,1mm είναι αρκετό για συνηθισμένο λεπτό χαλκό). Το πλάτος πρέπει να αυξάνεται αναλογικά με το ρεύμα (π.χ., για φύλλο χαλκού 6oz που μεταφέρει ρεύμα 10A, το συνιστώμενο πλάτος είναι ≥5mm).

Μετάβαση ίχνους: Αποφύγετε την ξαφνική στένωση/διεύρυνση (π.χ., πτώση απότομα από 5mm σε 1mm). Χρησιμοποιήστε μια "σταδιακή μετάβαση" (μήκος ≥ 3 φορές τη διαφορά πλάτους), διαφορετικά θα σχηματιστεί ένα "στενό σημείο ρεύματος", προκαλώντας τοπική υπερθέρμανση και καύση. Βελτιστοποίηση απαγωγής θερμότητας: Κάτω από συσκευές υψηλής ισχύος (όπως MOSFETs), χρησιμοποιήστε "επένδυση χαλκού + θερμικές οπές" (διάμετρος οπής 0,8-1,2mm, απόσταση 2-3mm) για να επιτρέψετε τη γρήγορη μεταφορά θερμότητας στο επίπεδο γείωσης/τροφοδοσίας.

3. Σχεδιασμός οπής: Ένα "μοιραίο ελάττωμα" των χοντρών πλακών χαλκού—δώστε προσοχή! Διάμετρος οπής: Το στρώμα χαλκού στο τοίχωμα της οπής μιας χοντρής πλάκας χαλκού πρέπει να ταιριάζει με το πάχος του φύλλου χαλκού. Μια τυπική διάμετρος οπής 0,4mm είναι ανεπαρκής για την επένδυση φύλλου χαλκού 3oz. Συνιστάται ελάχιστη διάμετρος οπής ≥0,8mm (με πάχος τοιχώματος χαλκού ≥20μm).

Αριθμός οπών: Μην χρησιμοποιείτε μία μόνο οπή σε διαδρομές υψηλού ρεύματος! Για παράδειγμα, εάν ένα φύλλο χαλκού 3oz μεταφέρει ρεύμα 5A, συνιστάται η χρήση 2-3 οπών παράλληλα (κάθε οπή μπορεί να αντέξει περίπου 2-3A ρεύματος) για να αποτραπεί η υπερθέρμανση και η τήξη της οπής.

Άνοιγμα μάσκας συγκόλλησης: Θα πρέπει να παρέχονται επαρκή ανοίγματα μάσκας συγκόλλησης (0,2-0,3mm μεγαλύτερα από τη διάμετρο της οπής) γύρω από την οπή για να αποτραπεί η φραγή της οπής από τη συγκόλληση κατά τη συγκόλληση, γεγονός που θα επηρέαζε την απαγωγή θερμότητας και την αγωγιμότητα.

III. Σχεδιασμός DFM για πλακέτες PCB χοντρού χαλκού: Δίνοντας τη δυνατότητα στα εργοστάσια να "παράγουν με λιγότερη επανεπεξεργασία"

Ο πυρήνας του DFM (Σχεδιασμός για την κατασκευασιμότητα) είναι ότι "ο σχεδιασμός πρέπει να προσαρμόζεται στις διαδικασίες κατασκευής". Το DFM για πλακέτες PCB χοντρού χαλκού επικεντρώνεται στην επίλυση των "προκλήσεων της διαδικασίας που προκαλούνται από τον χοντρό χαλκό":

1. Χάραξη φύλλου χαλκού: Αποφυγή ανομοιόμορφης χάραξης. Ελάχιστο πλάτος γραμμής/απόσταση: Για φύλλο χαλκού 3oz, το ελάχιστο πλάτος γραμμής ≥ 0,3mm και η ελάχιστη απόσταση γραμμής ≥ 0,3mm (0,1mm είναι αρκετό για λεπτό χαλκό). για φύλλο χαλκού 6oz, συνιστάται πλάτος γραμμής/απόσταση ≥ 0,4mm, διαφορετικά, είναι πιθανό να προκύψουν "ανακριβές πλάτος γραμμής" και "βραχυκυκλώματα" κατά τη χάραξη.
2. Τοποθέτηση χαλκού με ανοίγματα: Για τοποθέτηση χαλκού μεγάλης επιφάνειας, χρησιμοποιήστε "τοποθέτηση χαλκού πλέγματος" (απόσταση πλέγματος 2-3mm, πλάτος γραμμής 0,2-0,3mm) για να αποφύγετε τη συρρίκνωση του φύλλου χαλκού κατά τη χάραξη, η οποία μπορεί να προκαλέσει κάμψη PCB. εάν απαιτείται στερεή τοποθέτηση χαλκού, θα πρέπει να διατηρηθούν "υποδοχές απαγωγής θερμότητας" (πλάτος 0,5mm, απόσταση 10-15mm).

2. Διαδικασία ελασματοποίησης: Για την αποφυγή "απολέπισης και φυσαλίδων", η ακολουθία ελασματοποίησης θα πρέπει να είναι η εξής: Το χοντρό φύλλο χαλκού θα πρέπει να τοποθετείται στο "εξωτερικό στρώμα" ή "κοντά στο εξωτερικό στρώμα" για να αποφευχθεί η τοποθέτησή του στη μέση και η αποτροπή της απαγωγής θερμότητας. το πάχος του φύλλου χαλκού της πολυστρωματικής πλακέτας θα πρέπει να είναι συμμετρικό (π.χ., 3oz για το επάνω στρώμα και 3oz για το κάτω στρώμα), διαφορετικά θα προκύψει στρέβλωση μετά την ελασματοποίηση. Επιλογή υποστρώματος: Δώστε προτεραιότητα σε υποστρώματα υψηλού Tg (Tg≥170℃), όπως υποστρώματα FR-4 Tg170 ή PI, για να αποφύγετε την μαλάκυνση και την απολέπιση του υποστρώματος κατά τη συγκόλληση σε υψηλή θερμοκρασία (η θερμοκρασία συγκόλλησης των χοντρών πλακών χαλκού είναι συνήθως 10-20℃ υψηλότερη από αυτή των λεπτών χαλκού).

3. Διαδικασία συγκόλλησης: Επιλογή συσκευών "υψηλής θερμικής αγωγιμότητας" κατάλληλων για χοντρό χαλκό: Δώστε προτεραιότητα σε "πακέτα υψηλής ισχύος" (όπως TO-220, D2PAK) για να αποφύγετε τη συγκόλληση μικρών συσκευασμένων συσκευών σε χοντρό χαλκό, όπου η θερμότητα δεν μπορεί να διαχέεται και η συγκόλληση θα λιώσει. Σχεδιασμός Pad: Τα pads σε χοντρό χαλκό θα πρέπει να είναι 0,2-0,3mm μεγαλύτερα από τα συνηθισμένα pads. Για παράδειγμα, τα pads για μια αντίσταση 0805 είναι συνήθως 0,8×1,2mm, αλλά για χοντρό χαλκό, συνιστάται 1,0×1,5mm για να εξασφαλιστεί μια ισχυρή σύνδεση συγκόλλησης. Παράμετροι συγκόλλησης Reflow: Ο χοντρός χαλκός απορροφά περισσότερη θερμότητα, επομένως η θερμοκρασία συγκόλλησης reflow θα πρέπει να αυξηθεί κατάλληλα (5-10℃ υψηλότερη από ό,τι για λεπτό χαλκό) και ο χρόνος συγκράτησης να παραταθεί κατά 10-15 δευτερόλεπτα για να αποφευχθούν "ψυχρές αρθρώσεις συγκόλλησης."

4. Έλεγχος κόστους: Η κρυφή αξία του DFM (Σχεδιασμός για την κατασκευή) - Αποφυγή υπερσχεδιασμού: Για παράδειγμα, χρησιμοποιήστε φύλλο χαλκού 1-2oz σε περιοχές όπου δεν απαιτείται υψηλό ρεύμα και χρησιμοποιήστε χοντρό χαλκό μόνο σε κρίσιμες διαδρομές για τη μείωση του κόστους υλικών. Τυποποιημένες διαστάσεις: Χρησιμοποιήστε όσο το δυνατόν περισσότερο τυποποιημένα πάχη πλακέτας εργοστασίου (π.χ., 1,6mm, 2,0mm). Ειδικά πάχη πλακέτας (π.χ., 3,0mm και άνω) θα αυξήσουν τη δυσκολία επεξεργασίας και το κόστος. Πρώιμη επικοινωνία: Επιβεβαιώστε τις δυνατότητες της διαδικασίας με τον κατασκευαστή PCB πριν από το σχεδιασμό (π.χ., μέγιστο πάχος χαλκού, ελάχιστη διάμετρος οπής, ακρίβεια χάραξης) για να αποφύγετε σχέδια που δεν μπορούν να κατασκευαστούν μετά την ολοκλήρωση.

IV. Σύνοψη:

Σχεδιασμός PCB χοντρού χαλκού: "3 Βασικά Στοιχεία"
Αντιστοίχιση πάχους χαλκού με ρεύμα: Αποφύγετε την τυφλή αύξηση του πάχους. επιλέξτε κύριες προδιαγραφές 3-6oz σύμφωνα με τις απαιτήσεις ρεύματος. Μείωση κινδύνου μέσω λεπτομερειών: Σταδιακές μεταβάσεις ίχνους, παράλληλες οπές και συμμορφούμενο πλάτος/απόσταση ίχνους. Προτεραιότητα DFM: Λάβετε υπόψη τις διαδικασίες χάραξης, ελασματοποίησης και συγκόλλησης κατά το σχεδιασμό για τη μείωση της επανεπεξεργασίας. Ο σχεδιασμός PCB χοντρού χαλκού μπορεί να φαίνεται περίπλοκος, αλλά κατανοώντας τα δύο βασικά στοιχεία της "αγωγιμότητας ρεύματος" και της "συμβατότητας της διαδικασίας", μπορούν να αποφευχθούν οι περισσότερες παγίδες.