طراحی بردهای مدار چاپی مسی سنگین برای کاربردهای جریان بالا: یک راهنمای جامع

تصاویر مجاز مشتری

در الکترونیک‌های پرقدرت—از اینورترهای خودروهای برقی (EV) گرفته تا درایوهای موتور صنعتی—بردهای مدار چاپی (PCB) مسی استاندارد 1 اونس کم می‌آورند. این سیستم‌ها به PCBهایی نیاز دارند که بتوانند جریان‌های 30 آمپر تا 200 آمپر را بدون گرم شدن بیش از حد تحمل کنند، در برابر چرخه‌های حرارتی مقاومت کنند و یکپارچگی سیگنال را حفظ کنند. وارد شوید PCBهای مسی سنگین: تعریف شده توسط ردیابی و صفحات مسی 3 اونس (105 میکرومتر) یا ضخیم‌تر، آن‌ها برای حل چالش‌های منحصربه‌فرد طراحی جریان بالا مهندسی شده‌اند.

طراحی PCBهای مسی سنگین فقط به معنای «استفاده از مس ضخیم‌تر» نیست—بلکه نیازمند در نظر گرفتن دقیق هندسه ردیابی، سازگاری مواد، مدیریت حرارتی و قابلیت ساخت است. این راهنما اصول حیاتی طراحی PCB مسی سنگین برای کاربردهای جریان بالا را، از انتخاب مواد تا بهترین شیوه‌های چیدمان، تشریح می‌کند و توضیح می‌دهد که چگونه از اشتباهات رایج اجتناب کنید. چه در حال طراحی یک سیستم مدیریت باتری (BMS) 50 آمپری EV باشید یا یک منبع تغذیه صنعتی 150 آمپری، این منبع به شما کمک می‌کند تا بردهای قابل اعتماد و با عملکرد بالا ایجاد کنید.

نکات کلیدی
1. ردیابی‌های مسی سنگین (3 اونس+) 2 تا 5 برابر بیشتر از مس استاندارد 1 اونس جریان را تحمل می‌کنند: یک ردیابی 3 اونس (105 میکرومتر) 30 آمپر را حمل می‌کند، در حالی که یک ردیابی 10 اونس (350 میکرومتر) 80 آمپر را با همان عرض پشتیبانی می‌کند.

2. عوامل طراحی حیاتی شامل عرض/ضخامت ردیابی (از استانداردهای IPC-2221 پیروی کنید)، الگوهای رهایی حرارتی (کاهش نقاط داغ تا 40٪) و پر کردن ویا (ویاهای مسی جامد 3 برابر بیشتر از ویاهای آبکاری شده جریان را حمل می‌کنند).

3. زیرلایه‌های High-Tg (≥170 درجه سانتی‌گراد) و لمینت‌های پر شده با سرامیک برای طرح‌های جریان بالا غیرقابل مذاکره هستند، زیرا دمای عملیاتی 150 درجه سانتی‌گراد+ را تحمل می‌کنند.

4. در مقایسه با PCBهای استاندارد، طرح‌های مسی سنگین مقاومت حرارتی را تا 60٪ کاهش می‌دهند و طول عمر اجزا را در سیستم‌های پرقدرت 2 تا 3 برابر افزایش می‌دهند.

چه چیزی PCBهای مسی سنگین را برای کاربردهای جریان بالا ایده‌آل می‌کند؟
مدارهای جریان بالا گرمای قابل توجهی تولید می‌کنند (طبق قانون ژول: P = I²R)، و PCBهای استاندارد در پراکنده کردن این انرژی مشکل دارند. PCBهای مسی سنگین این مشکل را با سه مزیت اصلی برطرف می‌کنند:

الف. مقاومت الکتریکی کمتر: مس ضخیم‌تر مقاومت را کاهش می‌دهد (R = ρL/A، که در آن A = سطح مقطع)، تلفات توان و تولید گرما را به حداقل می‌رساند. یک ردیابی مسی 3 اونس 66٪ مقاومت کمتری نسبت به یک ردیابی 1 اونس با همان عرض دارد.
ب. هدایت حرارتی برتر: هدایت حرارتی مس (401 وات بر متر.کلوین) 1300 برابر بیشتر از FR4 (0.3 وات بر متر.کلوین) است. صفحات مسی ضخیم به عنوان سینک‌های حرارتی داخلی عمل می‌کنند و گرما را از اجزایی مانند IGBTها و MOSFETها دور می‌کنند.
ج. دوام مکانیکی بهبود یافته: مس ضخیم (به ویژه 5 اونس+) در برابر خستگی ناشی از چرخه‌های حرارتی (-40 درجه سانتی‌گراد تا 125 درجه سانتی‌گراد) و لرزش مقاومت می‌کند و ترک خوردگی ردیابی را کاهش می‌دهد—یک نقطه خرابی رایج در PCBهای استاندارد.

ضخامت مس سنگین در مقابل ظرفیت حمل جریان
رابطه بین ضخامت مس و جریان خطی نیست—عرض ردیابی، دمای محیط و جریان هوا نیز نقش دارند. در زیر یک مرجع عملی برای طرح‌های جریان بالا (بر اساس IPC-2221 و آزمایش‌های صنعتی، با فرض دمای محیط 25 درجه سانتی‌گراد و طول ردیابی 10 سانتی‌متر) آمده است:

توجه: برای جریان‌های >100 آمپر، از ردیابی‌های موازی (به عنوان مثال، دو ردیابی 10 اونس، 1.5 میلی‌متری برای 200 آمپر) استفاده کنید تا از عرض ردیابی بیش از حد و چالش‌های تولید جلوگیری کنید.

اصول طراحی حیاتی برای PCBهای مسی سنگین
طراحی PCBهای مسی سنگین برای جریان بالا نیازمند متعادل کردن عملکرد الکتریکی، مدیریت حرارتی و قابلیت ساخت است. برای بهینه‌سازی طراحی خود، از این اصول اصلی پیروی کنید:

1. عرض و ضخامت ردیابی را برای جریان هدف محاسبه کنید
اساس طراحی جریان بالا، اندازه‌بندی ردیابی‌ها برای تحمل جریان مورد انتظار بدون گرم شدن بیش از حد است. از این دستورالعمل‌ها استفاده کنید:

الف. از استانداردهای IPC-2221 پیروی کنید: مشخصات IPC-2221 فرمول‌هایی را برای عرض ردیابی بر اساس جریان، افزایش دما و ضخامت مس ارائه می‌دهد. برای افزایش دمای 10 درجه سانتی‌گراد (رایج در طرح‌های با قابلیت اطمینان بالا):
مس 3 اونس: عرض 0.8 میلی‌متر = 25 آمپر
مس 5 اونس: عرض 0.8 میلی‌متر = 38 آمپر
ب. دمای محیط را در نظر بگیرید: در محیط‌های گرم (به عنوان مثال، محفظه‌های موتور EV، 85 درجه سانتی‌گراد)، جریان را 30 تا 40 درصد کاهش دهید (به جدول بالا مراجعه کنید).
ج. از اندازه‌بندی بیش از حد خودداری کنید: در حالی که مس ضخیم‌تر برای جریان بهتر است، مس 15 اونس+ به سختی حکاکی و لمینت می‌شود—برای اکثر کاربردهای تجاری به حداکثر 10 اونس پایبند باشید.

توصیه ابزار: از ماشین‌حساب‌های آنلاین مانند ماشین‌حساب عرض ردیابی PCB (از Sierra Circuits) یا ابزار رتبه‌بندی جریان داخلی Altium برای اعتبارسنجی اندازه‌بندی استفاده کنید.

2. مدیریت حرارتی را در اولویت قرار دهید
حتی با مس ضخیم، اجزای جریان بالا (به عنوان مثال، IGBTها، مقاومت‌های قدرت) نقاط داغ ایجاد می‌کنند. این مشکل را با این استراتژی‌ها کاهش دهید:

الف. پدهای رهایی حرارتی: اجزای قدرت را با استفاده از الگوهای رهایی حرارتی به صفحات مسی سنگین متصل کنید—پدهای شکاف‌دار که تعادل انتقال حرارت و قابلیت لحیم‌کاری را برقرار می‌کنند. یک پد رهایی حرارتی 5 میلی‌متر × 5 میلی‌متر برای یک جزء TO-220 دمای نقطه داغ را تا 40٪ در مقایسه با یک پد جامد کاهش می‌دهد.
ب. صفحات مسی برای پخش گرما: از صفحات مسی 3 تا 5 اونس (نه فقط ردیابی‌ها) در زیر اجزای قدرت استفاده کنید. یک صفحه مسی 5 اونس گرما را 2 برابر سریع‌تر از یک صفحه 3 اونس پخش می‌کند.
ج. ویاهای حرارتی: ویاهای حرارتی پر شده با مس (قطر 0.3 تا 0.5 میلی‌متر) را در اطراف اجزای داغ اضافه کنید تا گرما را به صفحات داخلی/خارجی منتقل کنید. ویاها را با فاصله 1 تا 2 میلی‌متر از هم قرار دهید تا حداکثر راندمان را داشته باشید—10 ویا حرارتی دمای جزء را 15 تا 20 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌دهند.
د. از تنگ شدن ردیابی خودداری کنید: باریک کردن یک ردیابی 10 اونس، 1.5 میلی‌متری به 0.8 میلی‌متر برای یک کانکتور باعث ایجاد یک گلوگاه می‌شود و دما را 25 درجه سانتی‌گراد افزایش می‌دهد. در صورت لزوم تغییرات عرض، از شیب‌های تدریجی (نسبت 1:3) استفاده کنید.

مطالعه موردی: یک منبع تغذیه صنعتی 50 آمپری با استفاده از صفحات مسی 5 اونس و 12 ویا حرارتی، دمای اتصال IGBT را از 120 درجه سانتی‌گراد به 85 درجه سانتی‌گراد کاهش داد و طول عمر جزء را از 3 سال به 7 سال افزایش داد.

3. طراحی ویا را برای جریان بالا بهینه کنید
ویاها اغلب در طراحی جریان بالا نادیده گرفته می‌شوند، اما برای اتصال لایه‌ها و حمل جریان حیاتی هستند:

الف. از ویاهای پر شده با مس استفاده کنید: ویاهای آبکاری شده استاندارد (مس 25 میکرومتر) 10 تا 15 آمپر را حمل می‌کنند. ویاهای پر شده با مس (هسته مسی جامد) 30 تا 50 آمپر را تحمل می‌کنند، بسته به قطر. یک ویا پر شده 0.5 میلی‌متری 35 آمپر را حمل می‌کند—ایده‌آل برای اتصالات EV BMS.
ب. قطر ویا را افزایش دهید: برای جریان‌های >50 آمپر، از چندین ویا (به عنوان مثال، چهار ویا پر شده 0.5 میلی‌متری برای 120 آمپر) یا ویاهای بزرگتر (قطر 0.8 میلی‌متر = 50 آمپر در هر ویا پر شده) استفاده کنید.
ج. از استاب‌های ویا خودداری کنید: استاب‌های ویا استفاده نشده (رایج در ویاهای سوراخ‌دار) عدم تطابق امپدانس و گرما ایجاد می‌کنند. استاب‌ها را دوباره سوراخ کنید یا از ویاهای کور/مدفون برای مسیرهای جریان بالا استفاده کنید.

4. مواد سازگار را انتخاب کنید
PCBهای مسی سنگین به موادی نیاز دارند که در برابر حرارت بالا و تنش مکانیکی مقاومت کنند:

الف. زیرلایه (مواد هسته):
FR4 با High-Tg (Tg ≥170 درجه سانتی‌گراد): استاندارد برای اکثر طرح‌های جریان بالا (به عنوان مثال، EV BMS). عملکرد مداوم 150 درجه سانتی‌گراد و لحیم‌کاری بدون سرب (260 درجه سانتی‌گراد) را تحمل می‌کند.
FR4 پر شده با سرامیک (به عنوان مثال، Rogers RO4835): هدایت حرارتی 0.6 وات بر متر.کلوین (2 برابر بیشتر از FR4 استاندارد) آن را برای سیستم‌های 70 آمپر+ مانند اینورترهای خورشیدی ایده‌آل می‌کند.
PCBهای هسته فلزی (MCPCBs): مس سنگین را با یک هسته آلومینیومی/مسی برای هدایت حرارتی 1 تا 5 وات بر متر.کلوین ترکیب کنید—در درایورهای LED پرقدرت و ماژول‌های شارژ EV استفاده می‌شود.
ب. نوع فویل مس:
مس الکترولیتی: مقرون به صرفه برای ضخامت‌های 3 تا 7 اونس؛ مناسب برای اکثر کاربردها.
مس نورد شده: شکل‌پذیری بالاتر (مقاومت در برابر ترک خوردگی) برای مس 10 اونس+ و PCBهای مسی سنگین انعطاف‌پذیر (به عنوان مثال، کابل‌های شارژ EV تاشو).
ج. ماسک لحیم‌کاری: از ماسک لحیم‌کاری با دمای بالا (Tg ≥150 درجه سانتی‌گراد) مانند DuPont PM-3300 استفاده کنید، که در برابر لحیم‌کاری مجدد 260 درجه سانتی‌گراد مقاومت می‌کند و از اکسیداسیون مس جلوگیری می‌کند.

جدول مقایسه مواد:

5. بهترین شیوه‌های چیدمان برای قابلیت ساخت
مس سنگین (به ویژه 7 اونس+) سخت‌تر از مس استاندارد حکاکی و لمینت می‌شود. از این اشتباهات رایج چیدمان خودداری کنید:

الف. فاصله ردیابی: فاصله ≥2 برابر عرض ردیابی را بین ردیابی‌های مسی سنگین حفظ کنید تا از مشکلات حکاکی جلوگیری شود. برای یک ردیابی 1.0 میلی‌متری، 5 اونس، از فاصله 2.0 میلی‌متری استفاده کنید.
ب. فاصله لبه: ردیابی‌های مسی سنگین را ≥1.5 میلی‌متر از لبه‌های PCB نگه دارید تا از جدا شدن لایه‌ها در حین لمینت شدن جلوگیری شود.
ج. جبران حکاکی: مس سنگین کندتر حکاکی می‌شود—0.05 تا 0.1 میلی‌متر به عرض ردیابی‌ها در طراحی خود اضافه کنید تا تلفات حکاکی را در نظر بگیرید (به عنوان مثال، یک ردیابی 1.05 میلی‌متری را برای عرض نهایی 1.0 میلی‌متری طراحی کنید).
د. قرارگیری اجزا: از قرار دادن اجزای SMD (به عنوان مثال، مقاومت‌های 0402) در فاصله 2 میلی‌متری از ردیابی‌های مسی سنگین خودداری کنید—گرما از ردیابی می‌تواند به اجزای کوچک در حین لحیم‌کاری آسیب برساند.

جدول اشتباه چیدمان در مقابل راه‌حل:

استراتژی‌های طراحی پیشرفته برای سیستم‌های فوق‌العاده جریان بالا (100 آمپر+)
برای سیستم‌هایی مانند اینورترهای EV (150 آمپر+) و یکسوکننده‌های صنعتی (200 آمپر+)، طراحی مسی سنگین اولیه کافی نیست. از این تکنیک‌های پیشرفته استفاده کنید:

1. مسیریابی ردیابی موازی
به جای یک ردیابی پهن (به عنوان مثال، 3 میلی‌متر 10 اونس)، از 2 تا 4 ردیابی موازی (به عنوان مثال، دو ردیابی 1.5 میلی‌متری 10 اونس) استفاده کنید تا:

الف. دشواری حکاکی را کاهش دهید (ردیابی‌های پهن مستعد برش زیرین هستند).
ب. توزیع جریان را بهبود بخشید (ردیابی‌های موازی تغییرات مقاومت را به حداقل می‌رسانند).
ج. قرارگیری آسان‌تر اجزا را امکان‌پذیر کنید (ردیابی‌های باریک‌تر فضای برد را آزاد می‌کنند).

قاعده سرانگشتی: ردیابی‌های موازی را ≥1 برابر عرض آن‌ها از هم فاصله دهید تا از گرمایش متقابل جلوگیری شود—دو ردیابی 1.5 میلی‌متری 10 اونس که 1.5 میلی‌متر از هم فاصله دارند، 160 آمپر را حمل می‌کنند (در مقابل 80 آمپر برای یک ردیابی 1.5 میلی‌متری).

2. ادغام شینه‌های مسی
برای جریان‌های 200 آمپر+، شینه‌های مسی سنگین (مس 15 اونس+، ضخامت 2 تا 3 میلی‌متر) را در PCB ادغام کنید:

الف. شینه‌ها به عنوان «بزرگراه‌های قدرت» عمل می‌کنند و جریان را در سراسر برد بدون محدودیت ردیابی حمل می‌کنند.
ب. شینه‌ها را از طریق ویاهای پر شده با مس (قطر 0.8 میلی‌متر، با فاصله 5 میلی‌متر) برای پایداری مکانیکی و الکتریکی به PCB متصل کنید.

مثال: یک درایو موتور صنعتی 250 آمپری از یک شینه مسی 20 اونس با 12 ویا پر شده استفاده می‌کند و تلفات توان را تا 25٪ در مقایسه با طراحی فقط ردیابی کاهش می‌دهد.

3. مواد رابط حرارتی (TIMs)
PCBهای مسی سنگین را با TIMها جفت کنید تا گرما را به سینک‌های حرارتی خارجی منتقل کنید:

الف. از گریس حرارتی (هدایت حرارتی 3 تا 6 وات بر متر.کلوین) بین PCB و سینک حرارتی برای سیستم‌های 50 تا 100 آمپر استفاده کنید.
ب. برای سیستم‌های 100 آمپر+، از پدهای حرارتی (به عنوان مثال، Bergquist Gap Pad) با هدایت 8 تا 12 وات بر متر.کلوین استفاده کنید—آن‌ها شکاف‌های هوا را پر می‌کنند و فشار بالاتری را تحمل می‌کنند.

تاثیر: یک اینورتر EV 100 آمپری با یک TIM دمای PCB را 20 درجه سانتی‌گراد در مقایسه با بدون TIM کاهش می‌دهد و طول عمر اینورتر را 3 برابر افزایش می‌دهد.

اشتباهات رایج طراحی و نحوه اجتناب از آن‌ها
حتی طراحان باتجربه نیز با PCBهای مسی سنگین اشتباه می‌کنند. در اینجا نحوه گرفتن و رفع آن‌ها آمده است:
1. دست کم گرفتن افزایش دما
اشتباه: استفاده از ردیابی 3 اونس، 1.0 میلی‌متری برای 35 آمپر (فراتر از رتبه‌بندی 30 آمپر آن) منجر به افزایش دمای 30 درجه سانتی‌گراد و اکسیداسیون ردیابی می‌شود.
رفع: از ردیابی 5 اونس، 1.0 میلی‌متری (رتبه‌بندی 45 آمپر) یا یک ردیابی 3 اونس، 1.2 میلی‌متری (رتبه‌بندی 35 آمپر) استفاده کنید تا افزایش دما <10 درجه سانتی‌گراد.

2. نادیده گرفتن تنش چرخه حرارتی
اشتباه: مس ضخیم (10 اونس+) و FR4 استاندارد دارای ضریب انبساط حرارتی (CTE) نامتناسب هستند که باعث ترک خوردن ردیابی پس از 500 چرخه حرارتی می‌شود.
رفع: از مس نورد شده (شکل‌پذیری بالاتر) و FR4 با High-Tg (CTE نزدیک‌تر به مس) استفاده کنید تا در برابر 1000+ چرخه مقاومت کنید.

3. رهایی حرارتی ضعیف ویا
اشتباه: اتصال یک صفحه مسی 5 اونس به یک جزء با یک پد جامد، گرما را به دام می‌اندازد و منجر به خرابی اتصال لحیم‌کاری می‌شود.
رفع: از یک پد رهایی حرارتی با 4 تا 6 شکاف (هر کدام 0.2 میلی‌متر عرض) استفاده کنید تا تعادل انتقال حرارت و قابلیت لحیم‌کاری را برقرار کنید.

4. نادیده گرفتن قابلیت لحیم‌کاری
اشتباه: ردیابی‌های مسی 10 اونس+ دارای جرم حرارتی زیادی هستند و باعث می‌شوند لحیم‌کاری خیلی سریع خنک شود و اتصالات سرد ایجاد شود.
رفع: PCB را در حین لحیم‌کاری تا 120 درجه سانتی‌گراد از قبل گرم کنید و از لحیم‌کاری با دمای بالا (به عنوان مثال، SAC305، نقطه ذوب 217 درجه سانتی‌گراد) با پروفایل لحیم‌کاری مجدد طولانی‌تر استفاده کنید.

کاربردهای دنیای واقعی PCBهای مسی سنگین در سیستم‌های جریان بالا
PCBهای مسی سنگین در صنایعی که جریان بالا و قابلیت اطمینان حیاتی هستند، تحول‌آفرین هستند:
1. خودروهای برقی (EV) و خودروهای برقی هیبریدی
الف. اینورترهای EV: توان باتری DC را به AC برای موتورها تبدیل می‌کنند (150 تا 300 آمپر). یک اینورتر Tesla Model Y از ردیابی‌های مسی 5 اونس و ویاهای پر شده با مس استفاده می‌کند و تلفات توان را تا 18٪ در مقایسه با طراحی 3 اونس کاهش می‌دهد.
ب. سیستم‌های مدیریت باتری (BMS): سلول‌های باتری را نظارت و متعادل می‌کنند (20 تا 50 آمپر). ردیابی‌های مسی 3 اونس در یک BMS Chevrolet Bolt توزیع جریان یکنواخت را تضمین می‌کنند و عمر باتری را 2 سال افزایش می‌دهند.
ج. ماژول‌های شارژ: سیستم‌های شارژ سریع (100 تا 200 آمپر) از شینه‌های مسی 7 اونس و MCPCBهای آلومینیومی برای تحمل جریان‌های بالا و پراکنده کردن گرما استفاده می‌کنند.

2. انرژی تجدیدپذیر
الف. اینورترهای خورشیدی: توان خورشیدی DC را به AC تبدیل می‌کنند (50 تا 100 آمپر). PCBهای FR4 پر شده با سرامیک 5 اونس در یک اینورتر خورشیدی 10 کیلوواتی دمای نقطه داغ را 25 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌دهند و راندمان را 3٪ بهبود می‌بخشند.
ب. کنترل‌کننده‌های توربین بادی: گام و توان توربین را مدیریت می‌کنند (80 تا 120 آمپر). PCBهای مسی نورد شده 10 اونس در برابر لرزش (20G) و نوسانات دما (-40 درجه سانتی‌گراد تا 85 درجه سانتی‌گراد) مقاومت می‌کنند و هزینه‌های نگهداری را سالانه 20000 دلار در هر توربین کاهش می‌دهند.

3. ماشین‌آلات صنعتی
الف. درایوهای موتور: سرعت موتور AC را کنترل می‌کنند (30 تا 80 آمپر). یک درایو Siemens Sinamics V20 از صفحات مسی 5 اونس و ویاهای حرارتی استفاده می‌کند و اندازه درایو را تا 30٪ در مقایسه با طراحی PCB استاندارد کاهش می‌دهد.
ب. تجهیزات جوشکاری: قوس‌های جریان بالا را تحویل می‌دهند (150 تا 200 آمپر). شینه‌های مسی 15 اونس در یک دستگاه جوشکاری Lincoln Electric 200 آمپر را بدون گرم شدن بیش از حد تحمل می‌کنند و کیفیت جوش ثابت را تضمین می‌کنند.

4. دستگاه‌های پزشکی
الف. دفیبریلاتورهای قابل حمل: شوک‌های 300 آمپری را تحویل می‌دهند (کوتاه مدت). PCBهای مسی سنگین با ردیابی‌های 10 اونس و ویاهای پر شده با مس، تحویل برق قابل اعتماد را تضمین می‌کنند که برای استفاده در مواقع اضطراری حیاتی است.
ب. دستگاه‌های دیالیز: پمپ‌ها و هیترها را تغذیه می‌کنند (20 تا 40 آمپر). PCBهای FR4 با High-Tg 3 اونس در برابر مواد شیمیایی استریلیزاسیون مقاومت می‌کنند و پایداری را حفظ می‌کنند و استانداردهای ISO 13485 را برآورده می‌کنند.

سوالات متداول در مورد طراحی PCBهای مسی سنگین برای جریان بالا
س: حداکثر ضخامت مسی که می‌توانم برای یک PCB مسی سنگین استفاده کنم چقدر است؟
پاسخ: تولیدکنندگان تجاری تا 20 اونس (700 میکرومتر) مس را پشتیبانی می‌کنند، اگرچه 10 اونس حد عملی برای اکثر طرح‌ها است (15 اونس+ به تجهیزات حکاکی تخصصی نیاز دارد). طرح‌های سفارشی نظامی/هوافضایی می‌توانند به 30 اونس (1050 میکرومتر) برای نیازهای جریان فوق‌العاده بالا برسند.

س: آیا PCBهای مسی سنگین می‌توانند از سیگنال‌های پرسرعت (به عنوان مثال، 5G) پشتیبانی کنند؟
پاسخ: بله—با طراحی دقیق. از مس 3 تا 5 اونس برای مسیرهای قدرت و مس 1 اونس برای ردیابی‌های پرسرعت (برای حفظ امپدانس کنترل شده) استفاده کنید. حکاکی پلاسما عرض/فاصله ردیابی 0.1 میلی‌متر/0.1 میلی‌متر را برای سیگنال‌های 1 گیگابیت بر ثانیه+ تضمین می‌کند.

س: چگونه یک PCB مسی سنگین را برای عملکرد جریان بالا آزمایش کنم؟
پاسخ: این آزمایش‌ها را انجام دهید:

چرخه جریان: 120٪ جریان نامی را برای 1000 چرخه اعمال کنید (-40 درجه سانتی‌گراد تا 125 درجه سانتی‌گراد) تا ترک خوردگی ردیابی را بررسی کنید.
تصویربرداری حرارتی: از یک دوربین مادون قرمز برای ترسیم نقاط داغ استفاده کنید—دماها باید <125 درجه سانتی‌گراد برای دمای محیط 85 درجه سانتی‌گراد باقی بمانند.
اندازه‌گیری مقاومت: مقاومت ردیابی را در طول زمان پیگیری کنید. افزایش >10٪ نشان‌دهنده اکسیداسیون یا آسیب است.

س: کدام نرم‌افزار طراحی برای PCBهای مسی سنگین بهترین است؟
پاسخ: Altium Designer و Cadence Allegro دارای ابزارهای داخلی برای مس سنگین هستند:

Altium: بررسی‌کننده قانون طراحی (DRC) «مس سنگین» و ماشین‌حساب رتبه‌بندی جریان.
Cadence: ماژول‌های تجزیه و تحلیل حرارتی برای شبیه‌سازی توزیع گرما.

س: هزینه یک PCB مسی سنگین در مقایسه با یک PCB استاندارد چقدر است؟
پاسخ: مس 3 اونس 2 برابر بیشتر از 1 اونس هزینه دارد. مس 10 اونس 4 تا 5 برابر بیشتر هزینه دارد. حق بیمه با کاهش هزینه‌های سینک حرارتی (صرفه‌جویی 30 تا 50 درصدی) و افزایش طول عمر اجزا جبران می‌شود.

نتیجه‌گیری
طراحی PCBهای مسی سنگین برای کاربردهای جریان بالا یک عمل متعادل‌کننده است—بین ظرفیت جریان و قابلیت ساخت، مدیریت حرارتی و هزینه، دوام و یکپارچگی سیگنال. با پیروی از استانداردهای IPC، انتخاب مواد مناسب و اولویت‌بندی رهایی حرارتی و طراحی ویا، می‌توانید بردهایی ایجاد کنید که جریان‌های 30 آمپر تا 200 آمپر را با اطمینان تحمل کنند.

PCBهای مسی سنگین فقط یک «ارتقا» از PCBهای استاندارد نیستند—آن‌ها برای نسل بعدی الکترونیک‌های پرقدرت، از EVها گرفته تا سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر، ضروری هستند. با رشد این صنایع، تقاضا برای طراحی مسی سنگین هوشمند و کارآمد تنها افزایش می‌یابد—و آن را به یک مهارت حیاتی برای مهندسان و تولیدکنندگان تبدیل می‌کند.

کلید موفقیت؟ بیش از حد مهندسی نکنید (به عنوان مثال، استفاده از مس 10 اونس برای طراحی 20 آمپر) یا کمتر از حد مهندسی نکنید (به عنوان مثال، 3 اونس برای 40 آمپر). ضخامت مس را با نیازهای جریان مطابقت دهید، از مدیریت حرارتی به صورت استراتژیک استفاده کنید و با یک تولیدکننده با تجربه در ساخت مس سنگین همکاری کنید. با این مراحل، PCBهایی خواهید ساخت که تحت فشار—به معنای واقعی کلمه—عملکرد خوبی دارند.