❶ 電路板一般覆銅多厚
可以說,70%的電路板使用完成35um的銅箔厚度,這主要取決於PCB用途和信號的電壓/電流大小;此外,對於要過大電流的PCB,部分會用到70um銅厚,105um銅厚,極少還會有140um等等;
❷ 電路板銅箔一般多厚
印刷電路板(PCB)通常在玻璃環氧基板上粘合一層銅箔,銅箔的厚度通常有18μm、35μm、55μm和70μm4種。最常用的銅箔厚度是35μm。國內採用的銅箔厚度一般為35~50μm,也有比這薄的如10μm、18μm;和比這厚的如70μm。
l~3mm厚的基板上復合銅箔的厚度約為35μm;小於lmm厚的基板上復合銅箔的厚度約為18μm,5mm以上厚的基板上復台銅箔的厚度約為55μm。
如果PCB上銅箔厚度是35μm,印製線寬1mm,則每10mm長,其電阻值為5mΩ左右,其電感量為4nH左右。當PCB上數字集成電路晶元工作的di/dt為6mA/ns、工作電流為30mA時,每10mm長的印製線所含電阻值和電感值來估算電路各部分所產生的雜訊電壓分別為0.15mV和24mV。
❸ 最高可靠性-功率電子設備可用的超厚銅PCB技術介紹
譯 / 鹵咸魚是咸魚啊。
越來越多航天、軍用和商用功率電子產品正在採用PCB行業的新趨勢:超厚銅PCB。大部分常見的低壓低功率用途PCB採用銅層重0.5 oz/ft^2到3 oz/ft^2的PCB。厚銅PCB的銅厚可以達到4 ~ 20 oz,20 oz以上銅厚的PCB一般稱為超厚銅PCB。
採用超厚銅的PCB擁有以下優點:
標准PCB,無論雙面或多層,都使用一種結合銅蝕刻和電鍍的過程。電路層由薄銅箔開始(通常0.5 oz/ft^2 到2 oz/ft^2),蝕刻去除不需要的部分,鍍銅以增加銅層和過孔厚度。所有板層使用FR-4或聚醯亞胺等的環氧樹脂類物質壓合成整體。
超厚銅電路板的製造方式與普通PCB完全相同,但採用特殊蝕刻和鍍銅方式,如高速/分步鍍銅和差異蝕刻。早期超厚銅PCB由超厚銅層的覆銅板整體蝕刻,導致線路側壁不均勻和不能接受的咬邊。鍍銅技術的發展允許超厚銅層通過蝕刻和鍍銅的組合方法實現,能夠做到垂直的側壁和可以接受的咬邊。
超厚銅的鍍層技術允許電路板製造商增加過孔和插件孔側壁的銅厚。現在還可以混合超厚銅和普通銅厚在同一塊板,也稱為PowerLink技術。這可以減少層數,降低功率線路內阻,減小體積和降低成本。一般情況下,高壓/大電流電路和對應的控制電路要使用分開的電路板分別生產。超厚銅技術使得集成高功率電路和控制電路來實現高密度的同時保持簡潔的板結構變得簡單。
超厚銅技術可以無縫連接至普通電路。設計師和製造商協商製造公差和能力後,超厚銅和普通電路板可以按照能實現的最小限制一同布線。
由於溫升和電流直接相關,覆銅線路可以安全承載的電流與設備能承受的溫升有關。當電流流經線路時,電阻發熱會導致I2R損失。線路通過向相鄰的材料傳到和向空間輻射進行散熱。因而找到與電流相關的溫升才能確定線路的最大電流。理想情況下,線路溫度的上升速率應該等於散熱速率。IPC公式可以用來計算。
*表1. 超厚銅電路板20℃溫升下不同線寬對應載流量,A
IPC-2221A電路板表面線路載流量計算公式[1]:
I = .048 * DT(.44) * (W * Th)(.725)
其中,I為電流(A),DT為溫升(℃),W是線寬(mil),Th是線路厚度(mil)。內層線路需要至少50%餘量。不同設備允許發熱量不同。大部分絕緣材料可以允許100℃溫升,但大部分場合這是不能接受的。
電路板製造商和設計師可以從普通FR-4(溫度最高130℃)到高溫聚醯亞胺(溫度最高250℃)中選擇絕緣材料。高溫或極端環境使用的電路板可能會需要聚醯亞胺等特種材料,但普通1 oz銅厚過孔和線路能否在此種極端環境下穩定工作?電路板行業研究了一種測試方法來測試PCB的熱穩定性。熱應力在PCB製造、組裝和修理的多種過程中都會形成,銅和絕緣材料的熱膨脹系數不同是壓合的PCB中裂隙成核和裂隙生長的驅動力。熱循環測試(TCT)在25℃~260℃的空氣-空氣熱循環中檢查電路阻抗的增加。
阻抗增加意味著銅線路中有裂縫而導致電連接失效。這個測試的一個標准被測是一串32個沉銅過孔,這是廣泛認為的在熱應力下最容易損壞的設計。
熱循環測試結果顯示在普通1oz銅厚下無論PCB使用何種材料其結果都不能接受。對一塊標准FR4板、0.8 mil ~ 1.2 mil覆銅PCB的測試表明,32%的線路在8次循環後失效(20%阻抗增加即認為失效)。使用特種材料氰酸酯樹脂的PCB失效率顯示出大幅度改善(8次循環後3%),但是其成本太高(5到10倍的材料成本)而且很難處理。一遍普通的表面貼組裝過程需要至少4次這樣的循環,每次元件修理還會需要額外2次循環。
使用厚銅PCB可減小或徹底消除這類失效。給過孔孔壁鍍一層2 oz銅將失效率降至幾乎為0(TCT結果顯示8次循環後0.57%失效率,普通FR-4,最小2.5 mil覆銅)。實際上,這個電路已不受熱循環導致的機械應力的影響。
當前設計師們正努力使自己的產品價值和性能最大化,這使得PCB變得越來越復雜,功率密度越來越大。微型化,使用功率器件,極端環境和高功率需求使得熱管理的重要性增強。在電子器件使用中經常會出現的以熱能形式的損耗,需要從發熱源導出並散發至環境中,否則器件可能過熱和損壞。超厚銅電路板可以通過線路的銅導出元件產生的熱量,從而輔助散熱,降低元件損壞率。
散熱片被用來散發電路板表面和內部熱量,將熱源的熱量通過傳導和輻射散發到環境中。電路板一面的熱源或內部熱源可以通過過孔(heat vias)傳導到電路板另一面的大面積裸銅區域。一般來說,傳統的散熱片通過導熱膠或硅脂連接到這一裸銅區域。有些場合也使用鉚釘或螺釘。大部分散熱片材料是銅或鋁。
普通散熱片的組裝過程包括三個高成本和勞動強度的過程。這一過程需要大量時間和工作,並且不能自動化作業。對比之下,超厚銅電路板因為具有較厚的銅層可以用作散熱片,因而可以直接將散熱片印刷在電路板上。這一技術可以利用PCB表面的幾乎任何區域,並且通過過孔直接連接到發熱器件,因而大副提高了導熱性能。另一優勢是導熱過孔的內壁厚度增加,降低了PCB的熱阻,可以提高PCB製造過程中的精度和重復性。
由於扁平線圈實際上由覆銅板上的銅形成,其截面為扁平狀降低了高頻電流的趨膚效應,對比圓柱形導線提高了整體的功率密度。板載平面變壓器因為在所有層之間使用了相同的絕緣材料,具有極佳的一次-二次絕緣和二次-二次絕緣。此外,一次繞組可以分開因而二次繞組可以被夾在一次繞組之間,實現更低的泄露電感。標准PCB壓板技術使用多種不同的環氧樹脂,可以安全的壓合最多50層10 oz/ft2厚的銅繞組。
在超厚銅PCB的製造過程中,需要鍍上相當厚度的銅。因而在設計過程中公差必須被考慮到。設計師應在設計開始階段就和生產廠家溝通,獲取設計指導建議等。
傳統PCB應用於軍事領域時設計師通常通過增加重復的層以增加3 ~ 4 oz銅,並聯並交叉來分擔電流。在實際中做不到完全平均分配電流,某些層會承載更多電流,產生更大的損耗,電路板會比設計時發熱量更大。通過使用超厚銅的PCB、加厚的過孔和插件孔可以消除並聯層的需要,從而消除多層並聯時的負載不均衡。損耗產生的溫升可以更為准確的估計。過孔和插件孔壁的厚銅可以極大降低熱應力導致的失效,從而得到溫度更低、更可靠的PCB。
超厚銅PCB的應用:
航空航天、軍用領域的功率電子設備應用超厚銅PCB已有很多年,並在工業應用中逐漸增長。在未來市場需求將會繼續擴展這類產品的應用。
參考文獻:
[1] IPC -2221A
原文地址:
http://www.epectec.com/articles/heavy-copper-pcb-design.html