Placas de cobre espesso são construídas para corrente, não para sinais. O aumento da espessura do cobre aumenta a seção transversal de cada trilha, de modo que a mesma largura de trilha transporta mais corrente com menor aumento de temperatura, e o cobre espalha o calor lateralmente sob os componentes. O cobre conduz calor a 401 W/m·K, uma ordem de magnitude acima do laminado ao seu redor, razão pela qual essas placas são usadas sempre que um conversor, motor ou estágio de potência precisa suportar suas próprias perdas.
Onde o cobre espesso é usado
Fontes de alimentação e conversores — lados primário e secundário de fontes chaveadas, barramentos e caminhos de derivação.
Acionamentos de motores e inversores — estágios de saída trifásicos em controle industrial e acionamentos de bombas onde a corrente precisa chegar a um conector sem um cabo.
Automotivo — sistemas de 48 V, gerenciamento de baterias, alternador de partida e hardware de carregamento sob IATF 16949:2016, descrito com mais detalhes no Página de PCBs automotivos.
Energia renovável — microinversores solares, conversores de string e interfaces de armazenamento, onde o calor e a corrente precisam ser tratados na mesma placa; veja energia renovável.
Equipamentos de soldagem, revestimento e tração — trajetórias de corrente industrial, cobertas no página de controle industrial
De 0,5 oz a 20 oz
Uma onça de cobre tem cerca de 35 µm, portanto, a espessura varia de uma fina folha na camada interna até aproximadamente 700 µm nas camadas externas. Cobre espesso normalmente significa 3 oz (105 µm) ou mais por camada. Quando uma estrutura de camadas combina uma camada de potência com uma camada de sinal de detalhes finos, a camada de sinal é mantida dentro do limite mínimo de 0,06 mm para linhas e espaços, enquanto o mínimo da camada espessa é definido pelo seu peso de cobre e confirmado na revisão de DFM (Design for Manufacturing). A gravação de uma camada de 20 oz não é o mesmo processo que a gravação de uma camada de 1 oz.
O que muda no projeto?
O peso do cobre afeta mais do que apenas a resistência. As distâncias de fuga e de isolamento aumentam, os alívios térmicos precisam ser dimensionados para que uma área de contato espessa ainda possa ser soldada manualmente ou por refluxo, as aberturas da máscara de solda e o tratamento de vias são ajustados, e o equilíbrio do cobre em todo o painel determina se a placa final se curvará durante a laminação e o refluxo. A proporção de aspecto de 15:1 e o furo mecânico mínimo de 0,15 mm são os mesmos que para placas padrão, e a impedância pode ser mantida em ±10% nas camadas que precisam.
Cobre espesso ou placa com núcleo metálico?
Cobre espesso e placa com base metálica aparecem onde um projeto está perdendo calor, e não são a mesma solução. O cobre espesso retém o calor na placa: a seção transversal mais espessa perde menos calor inicialmente e espalha o que sobra lateralmente sob os componentes, de modo que a própria placa se torna parte do caminho térmico. Um substrato metálico isolado retira o calor do plano — o cobre ainda conduz a corrente, um dielétrico fino a isola e a base de alumínio ou cobre transfere o calor para o que quer que a placa esteja montada.
A primeira questão é para onde o calor pode ir. Em uma caixa selada, em espaçadores no ar parado, ou onde o próprio caminho da corrente é a fonte de calor, o cobre espesso é a resposta mais simples porque nada precisa sair da placa. Onde há um chassi, um dissipador de calor ou uma placa fria embaixo, o caminho vertical é o que importa e uma construção com núcleo metálico o alcança com menos cobre; a desvantagem é que o dielétrico precisa se manter afastado da tensão, então o isolamento se torna o limite em vez do condutor. Ambas as construções são descritas no página de placa com núcleo de metal e designs mistos são cotados juntos.
A segunda questão é quanto do painel precisa ser engrossado. Onde o contorno tem espaço, alargar as poucas redes que transportam a corrente com um peso menor custa menos do que tornar cada camada pesada; o cobre espesso justifica seu uso quando a seção transversal precisa se ajustar a uma largura fixa — o espaçamento de um conector, um encaixe na carcaça, a pegada de uma barra de distribuição — não apenas quando a corrente é alta. Quando o cobre também funciona como blindagem ou como um retorno de baixa indutância, uma camada atende a dois requisitos e a justificativa para isso é mais forte.
A terceira é a montagem. Uma camada espessa retém muito calor, então uma junta em um pad de alimentação precisa de mais energia e um tempo de aquecimento mais longo do que as peças de passo fino que compartilham a placa, e um perfil de refluxo adequado para uma pode prejudicar a outra. Quando a lógica densa e um caminho de corrente alta não podem ser separados no layout, um multicamadas A seção de sinal próxima a uma placa de alimentação separada costuma ser mais barata do que uma única estrutura que execute ambas as funções.
Montagem, teste e documentação
Painéis de cobre espesso são processados em quatro linhas SMT com seis milhões de chips por dia e três linhas DIP com 1,6 milhão de peças por dia, com perfis de refluxo configurados para a massa térmica adicional. A inspeção por raios X abrange as juntas sob os conectores, o retrabalho e a reesferização de BGA são realizados internamente e as placas são fabricadas de acordo com as normas IPC-6012B e IPC-A-600H, com reconhecimento UL sob o arquivo E354070.
Problemas comuns em placas de cobre espesso
A maioria dos problemas com cobre espesso são resolvidos nas notas de fabricação, e não no gravador.
Fator de gravação em relação à largura final — o cobre espesso é gravado lateralmente, bem como para baixo, portanto, a largura da arte final não corresponde à largura final. A largura final e o rebaixo tolerável são indicados no desenho, e um cupom do mesmo painel é medido em vez de estimado.
Falta de resina na laminação — uma imagem de cobre espessa deixa pouco espaço para o pré-impregnado fluir, portanto, a espessura do dielétrico e o tipo de pré-impregnado são escolhidos em conjunto e a resistência da ligação é verificada no primeiro painel; um laminado seco aparece posteriormente como delaminação ou como um caminho condutor entre as redes.
Máscara de solda sobre um degrau — uma camada espessa é um degrau físico na superfície, e a máscara que se torna mais fina sobre a borda do degrau racha e forma pontes. A espessura da máscara e a largura da barreira são especificadas e, onde um pad se encontra sobre o degrau, a máscara é recuada em vez de ser finamente filtrada.
Revestimento do barril contra cobre da superfície — a densidade de corrente de revestimento segue a área da superfície, portanto, um painel com camadas externas espessas não se deposita como um padrão. O cobre mínimo do barril é declarado e uma seção transversal o confirma.
Calor na junção — o mesmo cobre que conduz a corrente dissipa o calor do ferro de soldar ou da zona de refluxo, portanto, os alívios térmicos, o pré-aquecimento e o tempo de permanência são definidos com o processo de montagem, em vez de serem deixados a critério do operador.
Como obter um orçamento
Envie o conjunto Gerber com a gramatura do cobre por camada, a corrente que cada rede deve suportar, o aumento de temperatura permitido, a espessura da placa e a quantidade. Os protótipos ficam prontos em 1 a 3 dias e os de médio volume em 4 a 10 dias. página de recursos contém os limites do processo e o página de certificações os certificados emitidos.
Placas de cobre espessas que seguem para a montagem são cobertas no Montagem de PCB na China página, juntamente com a seleção de componentes e a montagem do sistema.
