Las placas de cobre pesado se fabrican para corriente y no para señales. Aumentar el espesor de cobre aumenta la sección de cada pista, así que el mismo ancho de pista lleva más corriente con menos aumento de temperatura, y el cobre reparte el calor lateralmente bajo los componentes. El cobre conduce el calor a 401 W/m·K, un orden de magnitud por encima del laminado que lo rodea, y por eso estas placas aparecen allí donde un convertidor, un motor o una etapa de potencia tienen que sobrevivir a sus propias pérdidas.
Dónde se usa el cobre pesado
- Fuentes de alimentación y convertidores — primario y secundario de fuentes conmutadas, barras de cobre y caminos de shunt.
- Accionamientos de motor e inversores — etapas de salida trifásicas en control industrial y accionamientos de bombeo, donde la corriente tiene que llegar a un conector sin cable.
- Automoción — sistemas de 48 V, gestión de batería, alternador de arranque y hardware de carga bajo IATF 16949:2016, descritos con más detalle en la página de PCB automotrices.
- Energía renovable — microinversores solares, convertidores de string e interfaces de almacenamiento, donde el calor y la corriente se manejan en la misma placa; véase energía renovable.
- Equipos de soldadura, galvanoplastia y tracción — caminos de corriente industrial, tratados en la página de control industrial.
De 0,5 oz a 20 oz
Una onza de cobre son unos 35 µm, así que el rango va de la lámina fina de capa interior hasta unos 700 µm en las capas exteriores. Cobre pesado significa normalmente 3 oz (105 µm) o más por capa. Cuando un apilado mezcla una capa de potencia con una capa de señal de rasgo fino, la capa de señal se mantiene en el mínimo de 0,06 mm de línea y espacio de la planta, mientras que el mínimo de la capa pesada lo fija su peso de cobre y se confirma en la revisión DFM: grabar una capa de 20 oz no es el mismo proceso que grabar una de 1 oz.
Qué cambia en el diseño
El peso de cobre afecta a más cosas que a la resistencia. Las distancias de línea de fuga y de aislamiento crecen, los alivios térmicos tienen que dimensionarse para que un pad pesado se pueda seguir soldando a mano o por refusión, las aperturas de máscara de soldadura y el tratamiento de vías se ajustan, y el equilibrio de cobre del panel decide si la placa acabada se combe durante la laminación y la refusión. La relación de aspecto 15:1 y el orificio mecánico mínimo de 0,15 mm son los mismos que en las placas estándar, y la impedancia se puede mantener en ±10 % en las capas que lo necesitan.
¿Cobre pesado o placa metal-core?
El cobre pesado y una placa con base metálica aparecen los dos cuando un diseño está perdiendo calor, y no son la misma respuesta. El cobre pesado retiene el calor en la placa: la sección más gruesa pierde menos en primer lugar y reparte lo que queda lateralmente bajo los componentes, así que la propia placa pasa a formar parte del camino térmico. Un sustrato metálico aislado saca el calor del plano: el cobre sigue llevando la corriente, un dieléctrico fino lo aísla y la base de aluminio o cobre entrega el calor a aquello sobre lo que va montada la placa.
La primera pregunta es a dónde puede ir el calor. En una carcasa sellada, sobre separadores en aire quieto o donde el camino de corriente es en sí la fuente del calor, el cobre pesado es la respuesta más simple porque nada tiene que salir de la placa. Donde hay un chasis, un disipador o una placa fría debajo, el camino vertical es el que importa y una fabricación metal-core lo alcanza con menos cobre; el intercambio es que el dieléctrico tiene que soportar la tensión, así que el aislamiento pasa a ser el límite en lugar del conductor. Ambas construcciones se describen en la página de placas metal-core, y los diseños mixtos se cotizan juntos.
La segunda pregunta es cuánto del panel hay que engrosar. Donde el contorno tiene espacio, ensanchar las pocas redes que llevan la corriente con un peso menor cuesta menos que hacer pesada cada capa; el cobre pesado se justifica cuando la sección tiene que caber en un ancho fijo —un paso de conector, una ranura en la carcasa, una huella de barra de cobre— y no simplemente cuando la corriente es grande. Donde el cobre además hace de apantallamiento o de retorno de baja inductancia, una capa responde a dos requisitos y el caso a su favor es más fuerte.
La tercera es el ensamblaje. Una capa pesada retiene mucha calor, así que una unión sobre un pad de potencia necesita más energía y una permanencia más larga que las piezas de paso fino que comparten la placa, y un perfil de refusión que sirve a una puede dejar corta a la otra. Cuando la lógica densa y el camino de corriente pesada no se pueden separar en el trazado, una sección de señal multicapa junto a una placa de potencia aparte suele ser más barata que un solo apilado al que se le pide hacer las dos cosas.
Ensamblaje, pruebas y documentación
Los paneles de cobre pesado pasan por cuatro líneas SMT a seis millones de chips al día y tres líneas DIP a 1,6 millones de piezas al día, con perfiles de refusión ajustados a la masa térmica adicional. La inspección por rayos X cubre las uniones bajo conectores, el retrabajo y el reballing de BGA se hacen en casa, y las placas se fabrican conforme a IPC-6012B e IPC-A-600H con reconocimiento UL bajo el expediente E354070.
Dónde sale mal una fabricación de cobre pesado
La mayoría de los problemas de cobre pesado se cierran en las notas de fabricación y no en el atacador.
- Factor de grabado frente a ancho acabado — el cobre grueso se graba lateralmente además de en profundidad, así que el ancho del arte final no es el ancho acabado. El ancho acabado y el socavado tolerable se indican en el plano, y se mide un cupón del mismo panel en lugar de suponerlo.
- Falta de resina en la laminación — una imagen de cobre pesada deja poco espacio para que fluya el prepreg, así que el espesor del dieléctrico y el tipo de prepreg se eligen juntos y la fuerza de unión se comprueba en el primer panel; un laminado seco aparece después como deslaminación o como camino conductivo entre redes.
- Máscara de soldadura sobre un escalón — una capa pesada es un escalón físico en la superficie, y la máscara que se adelgaza en el borde del escalón se agrieta y hace puente. El espesor de máscara y el ancho de dique se especifican, y donde un pad queda sobre el escalón la máscara se rellena en lugar de dejarse fina.
- Metalización del barril frente al cobre superficial — la densidad de corriente de metalización sigue al área superficial, así que un panel con capas exteriores pesadas no se metaliza como uno estándar. El cobre mínimo del barril se declara y una sección transversal lo confirma.
- Calor en la unión — el mismo cobre que lleva la corriente se lleva el calor lejos del soldador o fuera de la zona de refusión, así que los alivios térmicos, el precalentamiento y la permanencia se acuerdan con el proceso de ensamblaje en lugar de dejarse al operario.
Cómo obtener un presupuesto
Envíe el conjunto de Gerbers con el peso de cobre por capa, la corriente que tiene que llevar cada red, el aumento de temperatura admisible, el espesor de placa y la cantidad. Los prototipos vuelven en 1–3 días y el volumen medio en 4–10 días; la página de capacidades contiene los límites de proceso y la página de certificaciones los certificados emitidos.
Las placas de cobre pesado que siguen hacia el ensamblaje se cubren en la página de ensamblaje de PCB en China, junto con la compra de componentes y el box build.
