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厚铜PCB的优势及生产工艺

2024.12.06

什么叫厚铜PCB?


PCB(印刷电路板)制造中,铜厚是指铜层的厚度,通常以盎司(oz)为单位来衡量。1oz意思是重量1oz的铜均匀平铺在1平方英尺(ft²)的面积上所达到的厚度。1oz铜的厚度约为35um或者1.35mil。


厚铜PCB一般是指铜厚超过3盎司 (105µm)的PCB,在布线空间有限,无法通过增大线宽来提高PCB线路的载流能力的时候,使用厚铜PCB可以有效满足线路的载流要求,同时提高PCB的散热性能。



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平面变压器(6oz铜厚)


厚铜PCB的优势:


承载大电流

厚铜PCB能够在有限空间内承载足够大的电流,能够有效提高产品的功率密度。


传导热量

厚铜层能够更好地传导热量,从而提高产品的散热性能,同时减少温度变化引起的PCB热膨胀,提高PCB的可靠性。


增强机械强度

厚铜层可以提高PCB的机械强度,从而更加稳定和耐用。


厚铜PCB广泛应用于通信基站电源、服务器电源、焊接设备、储能系统、汽车电源系统、航空航天等领域。


如何预估PCB所需铜厚?


如下是IPC-2152给出的Conservative Chart(保守图表),保守图表的重要之处是它能应对所有情况,包括内部和外部导体、PCB材料、PCB厚度以及空气(除真空外)等环境条件,从该图表中获得的值非常安全,在任何情况(除真空外的环境)下都有效,不考虑其他变量。


工程师们参照保守图表做设计时,虽然在成本、面积等方面不是最优的,但一定能满足电流和温升要求。


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IPC 2152 PCB 电源线宽与电流和温升的关系图

图源Daniel Grillo



可以通过查IPC-2152 Conservative Chart(保守图表)来计算PCB走线宽度和选择相应的铜厚。


如红色箭头,PCB走线宽度140 mil,使用1oz的铜厚,垂直找到对应的温升要求10°C,然后回到y轴找到可通过的最大电流2.75A。


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电源砖(6oz铜厚)


如橙色箭头,如果PCB导体需要通过1A电流,目标温升30°C,垂直向下找到不同铜厚下,所需要的走线宽度。如使用0.5oz的铜厚时,走线宽度需要达到40mil。



厚铜PCB的生产工艺


厚铜PCB因为铜厚较厚,给加工带来了一系列难点。明阳电路针对厚铜PCB的特点打造了厚铜产品线,系统化解决厚铜PCB制造的各种难题。



厚铜PCB的蚀刻


在蚀刻环节,药水交换难度加大,侧蚀量也会变大,需要通过多次快速蚀刻和增加蚀刻补偿系数的方式来解决侧蚀量变大的问题。


明阳电路定制了厚铜专用DES蚀刻线,可以实现6oz厚铜PCB一次性蚀刻。



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厚铜专用DES线



厚铜PCB的压合


在层压环节,由于线路间隙较深,在残铜率相同的情况下,需要选择多张流动性好的半固化片来满足树脂填充量的需求。同时需要增加铆钉,加强芯板之间的固定,减少滑板的风险。铜厚的增加导致在压合时板子的实际升温速率变慢,需要增加高温段的持续时间,增加半固化片的固化效果。


明阳电路使用Burkle多层压合全自动产线和厚铜专用棕化药水,来保证厚铜PCB的压合质量,目前通过Mass LAM和Pin LAM相结合的方式,最高可生产50层的厚铜PCB。


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Burkle压机



厚铜PCB的钻孔


在钻孔环节,厚铜板厚在2.0mm以上时,可使用分段钻孔来解决钻孔难度的问题,同时调节进刀速和退刀速的相关参数来优化钻孔质量,降低落刀速度,避免产生厚铜焊盘拉裂的问题。



厚铜PCB的阻焊


在阻焊印刷环节,由于线路间隙较深,铜与基材的高低差会导致流油、油厚不够、线路发红、针孔气泡等问题,需要将油墨粘度稀释,采用多次印刷的方式来解决阻焊印刷的一系列问题。


明阳电路采用全自动阻焊喷涂线,采用预处理+双面喷涂+预烤+全自动连线技术,通过使用特殊高压喷头+高粘度品牌油墨,可实现4OZ厚铜一次喷涂完成。阻焊厚度均匀性好,焊接性友好。


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全自动阻焊喷涂线




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