I. Innanzitutto, capire: perché scegliere un PCB in rame spesso? (Introduzione di 30 secondi)

I PCB in rame spesso, in parole povere, sono schede a circuito stampato con uno spessore del foglio di rame ≥ 3oz (1oz ≈ 35μm). Si trovano comunemente in scenari "ad alta potenza, alta dissipazione del calore" come alimentatori industriali, veicoli a nuova energia e apparecchiature mediche, ad esempio, le colonnine di ricarica per veicoli a nuova energia devono resistere a forti picchi di corrente. Le normali schede in rame sottile sono soggette a surriscaldamento e bruciature. Il rame spesso agisce come un "autostrada nel circuito", dissipando rapidamente corrente e calore e migliorando anche la resistenza meccanica della scheda a circuito stampato (resistenza alla flessione, resistenza alle vibrazioni). Tuttavia, il rame spesso non è "più spesso, meglio è". Un design improprio può portare a problemi come "dissipazione del calore non uniforme, saldatura scadente e costi alle stelle". Questo è il problema principale su cui ci concentreremo oggi: come soddisfare i requisiti di prestazione garantendo al contempo la producibilità (DFM)?

II. Considerazioni chiave per la progettazione di PCB in rame spesso (primo passo per evitare errori)

1. Selezione dello spessore del foglio di rame: Non inseguire ciecamente "più spesso, meglio è". Principio chiave: la portata di corrente determina lo spessore del rame. Una formula semplificata è: Corrente ammissibile (A) ≈ Spessore del foglio di rame (oz) × Larghezza della traccia (mm) × 0,8 (Temperatura ambiente ≤40℃). Esempio: un foglio di rame da 3oz + una traccia larga 3 mm può sopportare circa 7,2 A di corrente, sufficiente per la maggior parte degli scenari di alimentazione industriale. Insidia: il rame superiore a 10oz può causare la flessione del PCB e difficoltà di foratura. A meno che non ci siano requisiti speciali (come le apparecchiature aerospaziali), dare la priorità alle specifiche principali da 3-6oz.

2. Progettazione delle tracce: Evitare il "riscaldamento del collo stretto" e garantire un flusso di corrente regolare. Larghezza della traccia: le tracce in rame spesso non dovrebbero essere troppo strette! Per un foglio di rame da 3oz, la larghezza minima consigliata della traccia è ≥0,3 mm (0,1 mm è sufficiente per il rame sottile ordinario). La larghezza dovrebbe aumentare proporzionalmente con la corrente (ad esempio, per un foglio di rame da 6oz che trasporta una corrente di 10A, la larghezza consigliata è ≥5 mm).

Transizione della traccia: evitare restringimenti/allargamenti improvvisi (ad esempio, scendere bruscamente da 5 mm a 1 mm). Utilizzare una "transizione graduale" (lunghezza ≥ 3 volte la differenza di larghezza), altrimenti si formerà un "collo di bottiglia di corrente", causando surriscaldamento localizzato e bruciature. Ottimizzazione della dissipazione del calore: sotto dispositivi ad alta potenza (come MOSFET), utilizzare "placcatura in rame + vias termici" (diametro del via 0,8-1,2 mm, spaziatura 2-3 mm) per consentire al calore di essere condotto rapidamente al piano di massa/alimentazione.

3. Progettazione dei via: Un "difetto fatale" delle schede in rame spesso: prestare molta attenzione! Diametro del via: lo strato di rame sulla parete del via di una piastra in rame spesso deve corrispondere allo spessore del foglio di rame. Un diametro del via standard di 0,4 mm è insufficiente per la placcatura di un foglio di rame da 3oz. Si consiglia un diametro del via minimo di ≥0,8 mm (con uno spessore della parete in rame ≥20μm).

Numero di via: non utilizzare un singolo via su percorsi ad alta corrente! Ad esempio, se un foglio di rame da 3oz trasporta 5A di corrente, si consiglia di utilizzare 2-3 via in parallelo (ogni via può sopportare circa 2-3A di corrente) per evitare che il via si surriscaldi e si sciolga.

Apertura della maschera di saldatura: dovrebbero essere previste aperture sufficienti della maschera di saldatura (0,2-0,3 mm più grandi del diametro del via) attorno al via per impedire alla saldatura di ostruire il via durante la saldatura, il che influirebbe sulla dissipazione del calore e sulla conduttività.

III. Progettazione DFM per PCB in rame spesso: consentire alle fabbriche di "produrre con meno rilavorazioni"

Il fulcro del DFM (Design for Manufacturability) è "il design deve adattarsi ai processi di produzione". Il DFM per PCB in rame spesso si concentra sulla risoluzione delle "sfide di processo derivanti dal rame spesso":

1. Incisione del foglio di rame: Evitare l'incisione non uniforme. Larghezza/spaziatura minima della linea: per un foglio di rame da 3oz, la larghezza minima della linea ≥ 0,3 mm e la spaziatura minima della linea ≥ 0,3 mm (0,1 mm è sufficiente per il rame sottile); per un foglio di rame da 6oz, si consiglia una larghezza/spaziatura della linea ≥ 0,4 mm, altrimenti è probabile che si verifichino "larghezza della linea imprecisa" e "cortocircuiti" durante l'incisione.
2. Posizionamento del rame con aperture: per il posizionamento del rame su larga area, utilizzare il "posizionamento del rame a griglia" (spaziatura della griglia 2-3 mm, larghezza della linea 0,2-0,3 mm) per evitare il restringimento del foglio di rame durante l'incisione, che può causare la flessione del PCB; se è richiesto il posizionamento del rame solido, è necessario riservare "fessure di dissipazione del calore" (larghezza 0,5 mm, spaziatura 10-15 mm).

2. Processo di laminazione: Per evitare "delaminazione e bolle", la sequenza di laminazione dovrebbe essere la seguente: il foglio di rame spesso dovrebbe essere posizionato sullo "strato esterno" o "vicino allo strato esterno" per evitare di essere inserito nel mezzo e prevenire la dissipazione del calore; lo spessore del foglio di rame della scheda multistrato dovrebbe essere simmetrico (ad esempio, 3oz per lo strato superiore e 3oz per lo strato inferiore), altrimenti si verificherà la deformazione dopo la laminazione. Selezione del substrato: dare la priorità ai substrati ad alta Tg (Tg≥170℃), come i substrati FR-4 Tg170 o PI, per evitare l'ammorbidimento e la delaminazione del substrato durante la saldatura ad alta temperatura (la temperatura di saldatura delle piastre in rame spesso è solitamente 10-20℃ superiore a quella del rame sottile).

3. Processo di saldatura: Selezione di dispositivi a "elevata conducibilità termica" adatti al rame spesso: dare la priorità ai "pacchetti ad alta potenza" (come TO-220, D2PAK) per evitare di saldare piccoli dispositivi confezionati su rame spesso, dove il calore non può dissiparsi e la saldatura si scioglierà. Progettazione dei pad: i pad su rame spesso dovrebbero essere 0,2-0,3 mm più grandi dei pad ordinari. Ad esempio, i pad per una resistenza 0805 sono tipicamente 0,8×1,2 mm, ma per il rame spesso, si consiglia 1,0×1,5 mm per garantire un giunto di saldatura forte. Parametri di saldatura a rifusione: il rame spesso assorbe più calore, quindi la temperatura di saldatura a rifusione dovrebbe essere opportunamente aumentata (5-10℃ superiore a quella del rame sottile) e il tempo di mantenimento prolungato di 10-15 secondi per evitare "giunti di saldatura freddi".

4. Controllo dei costi: Il valore nascosto del DFM (Design for Manufacturing) - Evitare l'over-design: ad esempio, utilizzare un foglio di rame da 1-2oz nelle aree in cui non è richiesta un'elevata corrente e utilizzare solo rame spesso nei percorsi critici per ridurre i costi dei materiali; Dimensioni standardizzate: utilizzare per quanto possibile spessori di scheda standard di fabbrica (ad esempio, 1,6 mm, 2,0 mm). Spessori di scheda speciali (ad esempio, 3,0 mm e superiori) aumenteranno la difficoltà di elaborazione e i costi; Comunicazione anticipata: confermare le capacità di processo con il produttore di PCB prima della progettazione (ad esempio, spessore massimo del rame, diametro minimo del foro, precisione di incisione) per evitare progetti che non possono essere fabbricati dopo il completamento.

IV. Riepilogo:

Progettazione di PCB in rame spesso: "3 elementi fondamentali"
Corrente di corrispondenza dello spessore del rame: evitare di aumentare ciecamente lo spessore; selezionare le specifiche principali di 3-6oz in base ai requisiti di corrente; Mitigazione dei rischi attraverso i dettagli: transizioni graduali delle tracce, via paralleli e larghezza/spaziatura delle tracce conformi; Priorità DFM: considerare i processi di incisione, laminazione e saldatura durante la progettazione per ridurre le rilavorazioni. La progettazione di PCB in rame spesso può sembrare complessa, ma afferrando i due elementi fondamentali di "conduzione della corrente" e "compatibilità del processo", è possibile evitare la maggior parte degli errori.