Các bo mạch đồng dày được chế tạo để dẫn dòng điện, không phải để dẫn tín hiệu. Tăng độ dày của đồng làm tăng tiết diện của mỗi đường dẫn, do đó cùng một chiều rộng đường dẫn sẽ dẫn được nhiều dòng điện hơn với mức tăng nhiệt độ thấp hơn, và đồng tản nhiệt theo chiều ngang bên dưới các linh kiện. Đồng dẫn nhiệt ở mức 401 W/m·K, cao hơn một bậc so với lớp màng mỏng xung quanh nó, đó là lý do tại sao các bo mạch này xuất hiện ở bất cứ nơi nào bộ chuyển đổi, động cơ hoặc tầng công suất phải chịu được tổn hao của chính nó.
Nơi sử dụng đồng dày
- Bộ nguồn và bộ chuyển đổi — phía sơ cấp và thứ cấp của bộ nguồn chuyển mạch, thanh dẫn và đường dẫn shunt.
- Bộ điều khiển động cơ và bộ biến tần — tầng đầu ra ba pha trong điều khiển công nghiệp và bộ điều khiển bơm, nơi dòng điện phải đến được đầu nối mà không cần cáp.
- Ô tô — hệ thống 48 V, quản lý pin, máy phát khởi động và phần cứng sạc theo IATF 16949:2016, mô tả thêm trên trang PCB ô tô.
- Năng lượng tái tạo — bộ biến tần vi mô năng lượng mặt trời, bộ chuyển đổi chuỗi và giao diện lưu trữ, nơi nhiệt và dòng điện phải xử lý trên cùng một bo mạch; xem năng lượng tái tạo.
- Thiết bị hàn, mạ và kéo — các đường dẫn dòng điện công nghiệp, đề cập trên trang điều khiển công nghiệp.
Từ 0,5 oz đến 20 oz
Một ounce đồng tương đương khoảng 35 µm, vì vậy phạm vi độ dày trải dài từ lớp lá mỏng bên trong đến khoảng 700 µm trên các lớp ngoài. Đồng dày thường có nghĩa là 3 oz (105 µm) trở lên mỗi lớp. Trong trường hợp cấu trúc xếp lớp kết hợp một lớp nguồn với một lớp tín hiệu có chi tiết nhỏ, lớp tín hiệu được giữ ở mức tối thiểu 0,06 mm của nhà máy, trong khi mức tối thiểu của lớp dày được xác định bởi trọng lượng đồng của nó và được xác nhận trong quá trình xem xét DFM — việc khắc một lớp 20 oz không giống như quá trình khắc một lớp 1 oz.
Những thay đổi trong thiết kế
Trọng lượng đồng ảnh hưởng đến nhiều hơn là chỉ điện trở. Khoảng cách rò rỉ và khe hở tăng lên, các đường dẫn nhiệt phải được điều chỉnh kích thước sao cho vẫn có thể hàn được miếng đệm dày bằng tay hoặc bằng phương pháp hàn chảy, các lỗ mặt nạ hàn và xử lý via được điều chỉnh, và sự cân bằng đồng trên toàn bộ bảng mạch quyết định liệu bảng mạch hoàn thiện có bị cong vênh trong quá trình cán màng và hàn chảy hay không. Tỷ lệ khung hình 15:1 và kích thước lỗ cơ học tối thiểu 0,15 mm giống như đối với các bảng mạch tiêu chuẩn, và trở kháng có thể được giữ ở mức ±10% trên các lớp cần thiết.
Đồng dày hay bảng mạch lõi kim loại?
Cả đồng dày và bảng mạch có lớp nền kim loại đều xuất hiện ở những nơi thiết kế bị mất nhiệt, và chúng không phải là cùng một giải pháp. Đồng dày giữ nhiệt trong bảng mạch: tiết diện dày hơn làm mất ít nhiệt hơn ngay từ đầu và phân tán phần nhiệt còn lại theo chiều ngang bên dưới các linh kiện, do đó bản thân bảng mạch trở thành một phần của đường dẫn nhiệt. Một lớp nền kim loại cách nhiệt sẽ dẫn nhiệt ra khỏi mặt phẳng – đồng vẫn dẫn dòng điện, một lớp điện môi mỏng cách ly nó, và lớp đế bằng nhôm hoặc đồng sẽ truyền nhiệt đến bất cứ thứ gì mà bo mạch được gắn lên.
Câu hỏi đầu tiên là nhiệt được phép đi đâu. Trong một vỏ kín, trên các chân đế trong không khí tĩnh, hoặc nơi đường dẫn dòng điện chính là nguồn nhiệt, lớp đồng dày là câu trả lời đơn giản hơn vì không có gì phải rời khỏi bo mạch. Ở nơi có khung máy, tản nhiệt hoặc tấm làm mát bên dưới, đường dẫn thẳng đứng mới là điều quan trọng và cấu trúc lõi kim loại đạt được điều đó với ít đồng hơn; sự đánh đổi là lớp điện môi phải chịu được điện áp, nên cách ly trở thành giới hạn chứ không phải chất dẫn điện. Cả hai cấu trúc được mô tả trên trang bảng mạch lõi kim loại, và các thiết kế hỗn hợp được báo giá cùng nhau.
Câu hỏi thứ hai là cần làm dày bao nhiêu phần của bảng mạch. Ở những nơi có đủ không gian, việc mở rộng một vài đường dẫn điện với trọng lượng nhẹ hơn sẽ tốn ít chi phí hơn so với việc làm dày mọi lớp; đồng dày phát huy tác dụng khi mặt cắt ngang phải phù hợp với chiều rộng cố định — khoảng cách giữa các đầu nối, khe cắm trong vỏ, dấu chân thanh dẫn — chứ không chỉ đơn giản khi dòng điện lớn. Ở những nơi đồng cũng đóng vai trò là lớp chắn hoặc lớp hồi tiếp có độ tự cảm thấp, một lớp đáp ứng hai yêu cầu và lý do sử dụng nó sẽ thuyết phục hơn.
Thứ ba là việc lắp ráp. Một lớp dày giữ rất nhiều nhiệt, nên mối hàn trên miếng đệm nguồn cần nhiều năng lượng và thời gian giữ nhiệt lâu hơn linh kiện chân nhỏ trên cùng một bo mạch, và một cấu hình hàn chảy hợp với phần này có thể làm thiếu năng lượng cho phần khác. Ở nơi mạch logic dày đặc và đường dẫn dòng lớn không thể tách rời trong bố cục, thì nhiều lớp phần tín hiệu nằm cạnh một bo mạch nguồn riêng thường rẻ hơn là bắt một lớp làm cả hai việc.
Lắp ráp, kiểm tra và lập tài liệu
Các tấm đồng dày được sản xuất trên bốn dây chuyền SMT với tốc độ sáu triệu chip mỗi ngày và ba dây chuyền DIP với tốc độ 1,6 triệu sản phẩm mỗi ngày, với cấu hình hàn chảy được thiết lập cho khối lượng nhiệt bổ sung. Kiểm tra tia X bao gồm các mối nối dưới đầu nối, việc sửa chữa và hàn lại BGA được thực hiện nội bộ, và các bo mạch được chế tạo theo tiêu chuẩn IPC-6012B và IPC-A-600H với chứng nhận UL theo mã số E354070.
Những vấn đề phát sinh khi chế tạo tấm đồng dày
Hầu hết các vấn đề về tấm đồng dày được giải quyết trong ghi chú sản xuất hơn là trên máy khắc.
Hệ số khắc so với chiều rộng hoàn thiện — đồng dày bị khắc theo chiều ngang cũng như chiều xuống, nên chiều rộng trên bản vẽ không phải chiều rộng hoàn thiện. Chiều rộng hoàn thiện và độ lõm cho phép được ghi rõ trên bản vẽ, và một mẫu từ cùng tấm được đo thay vì giả định.
Thiếu hụt nhựa khi cán màng — lớp đồng dày để lại ít chỗ cho prepreg chảy vào, nên độ dày điện môi và kiểu prepreg được chọn cùng nhau và độ bền liên kết được kiểm trên tấm đầu tiên; tấm cán màng khô sẽ lộ ra sau đó dưới dạng bong tróc hoặc đường dẫn giữa các lớp lưới.
Lớp mặt nạ hàn trên bậc thang — lớp dày là một bậc thang vật lý trên bề mặt, và lớp mặt nạ mỏng dần trên mép bậc thang sẽ nứt và tạo cầu nối. Độ dày và chiều rộng lớp mặt nạ được chỉ định, và ở nơi miếng đệm nằm trên bậc thang, lớp mặt nạ được lấp đầy lại thay vì sàng mỏng.
Mạ thùng trên bề mặt đồng — mật độ dòng điện mạ phụ thuộc vào diện tích bề mặt, vì vậy một tấm có lớp ngoài dày sẽ không được mạ như một tấm tiêu chuẩn. Lượng đồng tối thiểu trong thùng được nêu rõ và mặt cắt ngang xác nhận điều đó.
Nhiệt tại mối hàn — cùng một lớp đồng dẫn điện cũng dẫn nhiệt ra khỏi mỏ hàn hoặc khỏi vùng nung chảy, nên việc giảm nhiệt, làm nóng trước và giữ nhiệt được thống nhất với quy trình lắp ráp chứ không do người vận hành quyết định.
Lấy báo giá
Gửi bộ Gerber với trọng lượng đồng trên mỗi lớp, dòng điện mỗi mạch phải dẫn, mức tăng nhiệt độ cho phép, độ dày bo mạch và số lượng. Nguyên mẫu sẽ được gửi lại trong 1-3 ngày và số lượng trung bình trong 4-10 ngày; trang năng lực nắm giữ các giới hạn của quy trình và trang chứng nhận các chứng chỉ đã được cấp.
Các tấm đồng dày đi tiếp sang lắp ráp được đề cập trên trang lắp ráp PCB Trung Quốc, cùng với tìm nguồn cung ứng linh kiện và lắp ráp hộp.
