بردهای مدار چاپی مسی سنگین - که با ضخامت مس 3 اونس (105 میکرومتر) یا بیشتر تعریف می شوند - ستون فقرات الکترونیک های پرقدرت هستند و توزیع کارآمد جریان های بزرگ را در کاربردهایی از وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) گرفته تا ماشین آلات صنعتی امکان پذیر می کنند. بر خلاف بردهای مدار چاپی استاندارد (1 تا 2 اونس مس)، طرح های مسی سنگین، هدایت حرارتی، ظرفیت حمل جریان و استحکام مکانیکی برتری را ارائه می دهند و آنها را برای سیستم هایی که نیاز به قابلیت اطمینان در شرایط سخت دارند، ضروری می کند.
این راهنما به بررسی ویژگی های منحصر به فرد بردهای مدار چاپی مسی سنگین، چالش های تولید، تولیدکنندگان برتر و کاربردهای دنیای واقعی در سراسر صنایع می پردازد. چه در حال طراحی یک سیستم مدیریت باتری EV 500A باشید یا یک اینورتر صنعتی پرقدرت، درک فناوری مس سنگین به شما کمک می کند راه حل مناسب را برای نیازهای جریان بالای خود انتخاب کنید.
نکات کلیدی
1. بردهای مدار چاپی مسی سنگین از مس 3 اونس (105 میکرومتر) تا 20 اونس (700 میکرومتر) استفاده می کنند که از جریان های تا 500 آمپر پشتیبانی می کند - 10 برابر بیشتر از بردهای مدار چاپی استاندارد 1 اونس.
2. آنها گرما را 3 برابر سریعتر از بردهای مدار چاپی استاندارد دفع می کنند و دمای اجزا را در کاربردهای پرقدرت 20 تا 30 درجه سانتیگراد کاهش می دهند.
3. تکنیک های تولید مهم شامل اچینگ کنترل شده، فناوری پرس فیت و ویژگی های مدیریت حرارتی مانند ویاهای پر از مس است.
4. تولیدکنندگان پیشرو (به عنوان مثال، LT CIRCUIT، Sanmina) در بردهای مدار چاپی مسی سنگین تخصص دارند و تلرانس هایی به باریکی ±5٪ برای عرض ردیابی ارائه می دهند.
5. صنایع کلیدی شامل EV ها، انرژی های تجدیدپذیر، اتوماسیون صنعتی و هوافضا هستند - جایی که جریان بالا و دوام غیرقابل مذاکره هستند.
بردهای مدار چاپی مسی سنگین چیست؟
بردهای مدار چاپی مسی سنگین، بردهای مدار با لایه های مسی ضخیم (3 اونس+) در صفحات و ردیابی های قدرت هستند که برای حمل جریان های بزرگ و دفع گرما به طور موثر طراحی شده اند. ضخامت مس بر حسب اونس در هر فوت مربع (oz/ft²) اندازه گیری می شود، جایی که 1 اونس برابر با 35 میکرومتر است. طرح های مسی سنگین معمولاً از 3 اونس (105 میکرومتر) تا 20 اونس (700 میکرومتر) متغیر است، اگرچه کاربردهای سفارشی می توانند از لایه های ضخیم تر نیز استفاده کنند.
بردهای مدار چاپی مسی سنگین چگونه کار می کنند
لایه های مسی ضخیم دو عملکرد اصلی را انجام می دهند:
1. هندلینگ جریان بالا: ردیابی های پهن تر و ضخیم تر مقاومت (قانون اهم) را کاهش می دهند و به جریان بیشتری اجازه می دهند بدون گرم شدن بیش از حد جریان یابد. یک ردیابی مسی 10 میلی متری با عرض 10 میلی متر می تواند 50 آمپر را حمل کند - 5 برابر بیشتر از یک ردیابی 1 اونس با همان عرض.
2. دفع حرارت: هدایت حرارتی بالای مس (401 W/m·K) گرما را از اجزایی مانند MOSFET ها و ترانسفورماتورها پخش می کند و از نقاط داغ که عملکرد را کاهش می دهند جلوگیری می کند.
بردهای مدار چاپی مسی سنگین در مقابل بردهای مدار چاپی مسی استاندارد
| ویژگی |
برد مدار چاپی مسی سنگین (3 تا 20 اونس) |
برد مدار چاپی مسی استاندارد (1 تا 2 اونس) |
مزیت مس سنگین |
| ظرفیت جریان (ردیابی 10 میلی متری) |
30 تا 500 آمپر |
5 تا 30 آمپر |
10 برابر جریان بیشتر برای برنامه های پرقدرت را مدیریت می کند |
| هدایت حرارتی |
401 W/m·K (بدون تغییر، اما مواد بیشتر) |
401 W/m·K |
3 برابر دفع گرما سریعتر به دلیل مس ضخیم تر |
| استحکام مکانیکی |
بالا (در برابر خم شدن، لرزش مقاوم است) |
متوسط |
دوام بهتر در محیط های ناهموار |
| پیچیدگی اچینگ |
بالا (به فرآیندهای تخصصی نیاز دارد) |
کم |
تلرانس های تنگ تر برای کنترل دقیق جریان |
| هزینه (نسبی) |
2 تا 5 برابر |
1 برابر |
توسط کاهش هیت سینک ها و طول عمر بیشتر توجیه می شود |
ویژگی های کلیدی بردهای مدار چاپی مسی سنگین
بردهای مدار چاپی مسی سنگین مجموعه ای منحصر به فرد از ویژگی ها را ارائه می دهند که آنها را برای کاربردهای پرقدرت ایده آل می کند:
1. ظرفیت حمل جریان بالا
مهمترین مزیت مس سنگین، توانایی آن در مدیریت جریان های بزرگ است. این امر توسط آمپراسیتی (ظرفیت حمل جریان) ردیابی های مسی تعیین می شود که با ضخامت و عرض افزایش می یابد:
| ضخامت مس |
عرض ردیابی |
حداکثر جریان (25 درجه سانتیگراد محیط) |
حداکثر جریان (100 درجه سانتیگراد محیط) |
| 3 اونس (105 میکرومتر) |
5 میلی متر |
35 آمپر |
25 آمپر |
| 4 اونس (140 میکرومتر) |
10 میلی متر |
70 آمپر |
50 آمپر |
| 10 اونس (350 میکرومتر) |
15 میلی متر |
200 آمپر |
150 آمپر |
| 20 اونس (700 میکرومتر) |
20 میلی متر |
500 آمپر |
350 آمپر |
توجه: دمای محیط بالاتر، آمپراسیتی را کاهش می دهد، زیرا دفع گرما کمتر کارآمد می شود.
2. مدیریت حرارتی برتر
لایه های مسی ضخیم به عنوان هیت سینک های داخلی عمل می کنند و گرما را از اجزا دور می کنند:
الف. یک صفحه مسی 4 اونس دمای اجزا را 25 درجه سانتیگراد در مقایسه با یک صفحه 1 اونس در منبع تغذیه 100 واتی کاهش می دهد.
ب. ویاهای حرارتی پر از مس (قطر 0.3 تا 0.5 میلی متر) گرما را از اجزای نصب شده روی سطح به لایه های داخلی منتقل می کنند و دفع را بیشتر بهبود می بخشند.
داده های آزمایش: یک اینورتر EV با استفاده از بردهای مدار چاپی مسی سنگین 4 اونس در 85 درجه سانتیگراد تحت بار کامل کار می کرد، در مقابل 110 درجه سانتیگراد برای یک طرح 2 اونس - که عمر نیمه هادی را 2 برابر افزایش می دهد.
3. دوام مکانیکی
ردیابی ها و صفحات مسی سنگین در برابر استرس فیزیکی مقاوم تر هستند:
الف. مقاومت در برابر لرزش (20 تا 2000 هرتز) در محیط های خودرو و صنعتی (مطابق با MIL-STD-883H).
ب. مقاومت در برابر خستگی ناشی از چرخه حرارتی (-40 درجه سانتیگراد تا 125 درجه سانتیگراد)، کاهش خرابی اتصالات لحیم کاری تا 50٪ در مقایسه با بردهای مدار چاپی استاندارد.
تولید بردهای مدار چاپی مسی سنگین: چالش ها و راه حل ها
تولید بردهای مدار چاپی مسی سنگین به فرآیندهای تخصصی برای مدیریت مس ضخیم در عین حفظ دقت نیاز دارد:
1. اچینگ کنترل شده
اچینگ مس ضخیم (3 اونس+) بدون برش زیرین (حذف بیش از حد کناره های ردیابی) چالش برانگیز است. تولیدکنندگان از این موارد استفاده می کنند:
الف. اچینگ سولفات مس اسیدی: سرعت اچینگ آهسته تر (1 تا 2 میکرومتر در دقیقه) با کنترل دقیق دما (45 تا 50 درجه سانتیگراد) برای حفظ دقت ردیابی.
ب. اچینگ گام به گام: چندین پاس با غلظت اچانت کاهش یافته برای به حداقل رساندن برش زیرین، دستیابی به تلرانس های ردیابی ±5٪.
نتیجه: یک ردیابی مسی 4 اونس با عرض هدف 10 میلی متر، ابعاد 9.5 تا 10.5 میلی متر را حفظ می کند و جریان ثابت را تضمین می کند.
2. لمیناسیون و اتصال
لایه های مسی ضخیم به چسبندگی قوی تری به بستر (به عنوان مثال، FR4، سرامیک) نیاز دارند تا از جدا شدن جلوگیری شود:
الف. لمیناسیون با فشار بالا: فشار 400 تا 500 psi در 180 درجه سانتیگراد، اتصال مناسب بین مس و بستر را تضمین می کند.
ب. فرآیندهای بدون چسب: اتصال مستقیم (به عنوان مثال، DBC برای بسترهای سرامیکی) لایه های اپوکسی را حذف می کند و هدایت حرارتی را بهبود می بخشد.
3. ویاهای حرارتی و ویژگی های مدیریت حرارت
بردهای مدار چاپی مسی سنگین اغلب شامل ویژگی های حرارتی اضافی هستند:
الف. ویاهای پر از مس: با مس 20 تا 30 میکرومتر آبکاری شده برای افزایش انتقال حرارت بین لایه ها.
ب. هیت سینک های یکپارچه: صفحات مسی ضخیم (10 تا 20 اونس) به هسته های آلومینیومی برای بارهای حرارتی شدید (به عنوان مثال، سیستم های EV 500A) متصل می شوند.
تولیدکنندگان برتر بردهای مدار چاپی مسی سنگین
انتخاب تولید کننده مناسب برای اطمینان از کیفیت و عملکرد بسیار مهم است. ارائه دهندگان پیشرو عبارتند از:
1. LT CIRCUIT
قابلیت ها: مس 3 تا 20 اونس، بردهای مدار چاپی 4 تا 20 لایه، تلرانس های تنگ (±5٪ عرض ردیابی).
تخصص ها: سیستم های مدیریت باتری EV، اینورترهای صنعتی و بردهای مدار چاپی انرژی های تجدیدپذیر.
گواهینامه ها: IATF 16949 (خودرو)، ISO 9001، UL 94 V-0.
2. Sanmina
قابلیت ها: مس 3 تا 12 اونس، بردهای مدار چاپی با فرمت بزرگ (تا 600 میلی متر × 1200 میلی متر).
تخصص ها: هوافضا و دفاع، تجهیزات تصویربرداری پزشکی.
گواهینامه ها: AS9100، ISO 13485.
3. TTM Technologies
قابلیت ها: مس 3 تا 20 اونس، بردهای مدار چاپی هیبریدی (مس سنگین + HDI).
تخصص ها: منابع تغذیه مرکز داده، اینورترهای کششی EV.
گواهینامه ها: ISO 9001، IATF 16949.
4. Multek
قابلیت ها: مس 3 تا 10 اونس، تولید با حجم بالا (10k+ واحد در هفته).
تخصص ها: لوازم الکترونیکی مصرفی (شارژرهای پرقدرت)، موتورهای صنعتی.
گواهینامه ها: ISO 9001، دارای گواهی UL.
| تولید کننده |
حداکثر ضخامت مس |
زمان تحویل (نمونه های اولیه) |
صنایع کلیدی |
| LT CIRCUIT |
20 اونس |
7 تا 10 روز |
خودرو، انرژی های تجدیدپذیر |
| Sanmina |
12 اونس |
10 تا 14 روز |
هوافضا، پزشکی |
| TTM Technologies |
20 اونس |
8 تا 12 روز |
EV ها، مراکز داده |
| Multek |
10 اونس |
5 تا 7 روز |
مصرفی، صنعتی |
کاربردهای بردهای مدار چاپی مسی سنگین
بردهای مدار چاپی مسی سنگین در صنایعی که جریان بالا و دوام حیاتی هستند، استفاده می شوند:
1. وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) و EV های هیبریدی
الف. سیستم های مدیریت باتری (BMS): ردیابی های مسی 4 تا 10 اونس بسته های باتری 800 ولتی را نظارت و متعادل می کنند و در هنگام شارژ/دشارژ 200 تا 500 آمپر را مدیریت می کنند.
ب. اینورترهای کششی: DC را از باتری به AC برای موتور تبدیل می کنند و از مس 6 تا 12 اونس برای مدیریت جریان های 300 تا 600 آمپر استفاده می کنند.
ج. شارژرهای داخلی (OBC): بردهای مدار چاپی مسی 3 تا 6 اونس تبدیل 10 تا 40 آمپر AC به DC را انجام می دهند، با ویاهای حرارتی برای دفع گرما.
2. انرژی های تجدیدپذیر
الف. اینورترهای خورشیدی: بردهای مدار چاپی مسی 4 تا 8 اونس DC را از پنل های خورشیدی به AC تبدیل می کنند و در برابر جریان های 50 تا 100 آمپر در محیط های بیرونی مقاومت می کنند.
ب. کنترلرهای توربین بادی: مس 6 تا 10 اونس برق را از توربین ها مدیریت می کند و در برابر لرزش و نوسانات دما (-40 درجه سانتیگراد تا 85 درجه سانتیگراد) مقاومت می کند.
3. اتوماسیون صنعتی
الف. درایوهای موتور: بردهای مدار چاپی مسی 3 تا 6 اونس موتورهای صنعتی (10 تا 50 اسب بخار) را کنترل می کنند و 50 تا 200 آمپر را در درایوهای فرکانس متغیر (VFDs) مدیریت می کنند.
ب. تجهیزات جوشکاری: مس 10 تا 20 اونس جریان های 100 تا 500 آمپر را در جوشکارهای قوس حمل می کند، با صفحات ضخیم برای دفع گرما از قوس های پرقدرت.
4. هوافضا و دفاع
الف. توزیع برق هواپیما: بردهای مدار چاپی مسی 6 تا 12 اونس سیستم های 28 ولت DC را در هواپیماها مدیریت می کنند و در برابر تغییرات دما مرتبط با ارتفاع مقاومت می کنند.
ب. وسایل نقلیه نظامی: بردهای مدار چاپی مسی 10 تا 15 اونس رادار و سیستم های ارتباطی را تغذیه می کنند و در برابر ضربه و لرزش در محیط های رزمی مقاومت می کنند.
5. دستگاه های پزشکی
الف. تجهیزات تصویربرداری (CT، MRI): بردهای مدار چاپی مسی 3 تا 6 اونس جریان های بالا را در منابع تغذیه مدیریت می کنند و عملکرد پایدار را برای تصویربرداری دقیق تضمین می کنند.
ب. سیستم های لیزر درمانی: مس 4 تا 8 اونس گرما را از لیزرهای 50 تا 100 واتی دفع می کند و عملکرد ثابت را در طول درمان حفظ می کند.
سوالات متداول در مورد بردهای مدار چاپی مسی سنگین
س1: حداقل عرض ردیابی برای بردهای مدار چاپی مسی سنگین چقدر است؟
پاسخ: برای مس 3 اونس، حداقل عرض ردیابی 0.5 میلی متر (20 میل) است تا از مشکلات اچینگ جلوگیری شود. مس ضخیم تر (10 اونس+) برای حفظ تلرانس ها به ردیابی های پهن تر (≥1 میلی متر) نیاز دارد.
س2: آیا می توان از بردهای مدار چاپی مسی سنگین با سیگنال های فرکانس بالا استفاده کرد؟
پاسخ: بله، اما مس ضخیم می تواند باعث از دست رفتن سیگنال در >1 گیگاهرتز شود. تولیدکنندگان این مشکل را با استفاده از طرح های هیبریدی کاهش می دهند: مس سنگین برای لایه های قدرت و مس استاندارد (1 اونس) برای لایه های سیگنال با فرکانس بالا.
س3: بردهای مدار چاپی مسی سنگین چگونه هزینه های سیستم را کاهش می دهند؟
پاسخ: با حذف نیاز به هیت سینک ها و شینه های خارجی، بردهای مدار چاپی مسی سنگین تعداد اجزا و زمان مونتاژ را کاهش می دهند. به عنوان مثال، یک اینورتر EV با استفاده از مس 4 اونس با جایگزینی یک برد مدار چاپی 1 اونس + هیت سینک، 15 تا 20 دلار در هر واحد صرفه جویی می کند.
س4: از چه بسترهایی با مس سنگین استفاده می شود؟
پاسخ: FR4 (high-Tg، Tg≥170 درجه سانتیگراد) برای اکثر کاربردها استاندارد است. بسترهای سرامیکی (آلومینا، AlN) برای بارهای حرارتی شدید (به عنوان مثال، سیستم های 500A) استفاده می شوند.
س5: آیا بردهای مدار چاپی مسی سنگین با RoHS سازگار هستند؟
پاسخ: بله - تولیدکنندگان از مس و بسترهای بدون سرب استفاده می کنند و از انطباق با استانداردهای RoHS، REACH و IATF 16949 (خودرو) اطمینان حاصل می کنند.
نتیجه
بردهای مدار چاپی مسی سنگین برای الکترونیک های پرقدرت ضروری هستند و امکان مدیریت کارآمد جریان های بزرگ را در EV ها، سیستم های انرژی های تجدیدپذیر و ماشین آلات صنعتی فراهم می کنند. توانایی آنها در ترکیب ظرفیت جریان بالا، دفع حرارت و دوام مکانیکی، آنها را در کاربردهایی که بردهای مدار چاپی استاندارد در آن شکست می خورند، غیرقابل جایگزین می کند.
در حالی که بردهای مدار چاپی مسی سنگین در ابتدا هزینه بیشتری دارند، توانایی آنها در کاهش پیچیدگی سیستم (به عنوان مثال، حذف هیت سینک ها) و افزایش طول عمر اجزا منجر به کاهش کل هزینه ها در طول زمان می شود. با مشارکت با تولیدکنندگان با تجربه مانند LT CIRCUIT یا TTM Technologies، مهندسان می توانند از فناوری مس سنگین برای ساخت سیستم های قابل اعتماد و با کارایی بالا که نیازهای الکترونیک های تشنه قدرت فردا را برآورده می کنند، استفاده کنند.
همانطور که صنایعی مانند EV ها و انرژی های تجدیدپذیر به رشد خود ادامه می دهند، بردهای مدار چاپی مسی سنگین نقش فزاینده ای حیاتی در فعال کردن توزیع برق کارآمد و پایدار ایفا خواهند کرد - ثابت می کنند که وقتی صحبت از جریان بالا می شود، مس ضخیم تر همیشه بهتر است.
پیام شما باید بین 20 تا 3000 کاراکتر باشد!
