I. ابتدا درک کنید: چرا PCB مسی ضخیم را انتخاب می کنیم؟ (معرفی 30 ثانیه ای)

PCB های مسی ضخیم، به زبان ساده، بردهای مدار چاپی با ضخامت فویل مسی ≥ 3oz (1oz ≈ 35μm) هستند. آنها معمولاً در سناریوهای "توان بالا، اتلاف حرارت بالا" مانند منابع تغذیه صنعتی، وسایل نقلیه انرژی نو و تجهیزات پزشکی یافت می شوند—به عنوان مثال، شمع های شارژ وسایل نقلیه انرژی نو باید در برابر جهش های جریان بالا مقاومت کنند. بردهای مسی نازک معمولی مستعد گرم شدن بیش از حد و سوختن هستند. مس ضخیم مانند یک "بزرگراه در مدار" عمل می کند و به سرعت جریان و گرما را دفع می کند و همچنین استحکام مکانیکی برد مدار (مقاومت در برابر خم شدن، مقاومت در برابر لرزش) را بهبود می بخشد. با این حال، مس ضخیم "هر چه ضخیم تر بهتر" نیست. طراحی نامناسب می تواند منجر به مشکلاتی مانند "اتلاف حرارت ناهموار، لحیم کاری ضعیف و افزایش هزینه ها" شود. این موضوع اصلی است که امروز روی آن تمرکز خواهیم کرد: چگونه نیازهای عملکردی را برآورده کنیم و در عین حال قابلیت ساخت (DFM) را نیز تضمین کنیم؟

II. ملاحظات کلیدی برای طراحی PCB مسی ضخیم (اولین قدم برای جلوگیری از مشکلات)

1. انتخاب ضخامت فویل مسی: کورکورانه به دنبال "هر چه ضخیم تر بهتر" نباشید. اصل کلیدی: رتبه جریان، ضخامت مس را تعیین می کند. یک فرمول ساده شده این است: جریان مجاز (A) ≈ ضخامت فویل مسی (oz) × عرض مسیر (mm) × 0.8 (دمای محیط ≤40℃). مثال: فویل مسی 3oz + مسیر 3 میلی متری می تواند تقریباً 7.2 آمپر جریان را تحمل کند که برای اکثر سناریوهای منبع تغذیه صنعتی کافی است. مشکل: مس بیش از 10 اونس می تواند باعث خم شدن PCB و مشکلات حفاری شود. مگر اینکه الزامات خاصی وجود داشته باشد (مانند تجهیزات هوافضا)، اولویت را به مشخصات اصلی 3-6 اونس بدهید.

2. طراحی مسیر: از "گرم شدن گردن باریک" خودداری کنید و جریان روان را تضمین کنید. عرض مسیر: مسیرهای مسی ضخیم نباید خیلی باریک باشند! برای فویل مسی 3oz، حداقل عرض مسیر توصیه شده ≥0.3mm (0.1mm برای مس نازک معمولی کافی است). عرض باید متناسب با جریان افزایش یابد (به عنوان مثال، برای فویل مسی 6oz که جریان 10A را حمل می کند، عرض توصیه شده ≥5mm است).

انتقال مسیر: از باریک/گسترده شدن ناگهانی (به عنوان مثال، افت ناگهانی از 5 میلی متر به 1 میلی متر) خودداری کنید. از یک "انتقال تدریجی" (طول ≥ 3 برابر اختلاف عرض) استفاده کنید، در غیر این صورت یک "محدودیت جریان" ایجاد می شود که باعث گرم شدن بیش از حد موضعی و سوختن می شود. بهینه سازی اتلاف حرارت: در زیر دستگاه های پرقدرت (مانند MOSFET ها)، از "آبکاری مس + vias حرارتی" (قطر via 0.8-1.2mm، فاصله 2-3mm) استفاده کنید تا گرما به سرعت به صفحه زمین/منبع تغذیه منتقل شود.

3. طراحی Via: یک "نقص مهلک" از بردهای مسی ضخیم—توجه دقیق! قطر Via: لایه مسی روی دیواره via یک صفحه مسی ضخیم باید با ضخامت فویل مسی مطابقت داشته باشد. قطر via استاندارد 0.4 میلی متر برای آبکاری فویل مسی 3oz کافی نیست. حداقل قطر via ≥0.8mm (با ضخامت دیواره مسی ≥20μm) توصیه می شود.

تعداد Vias: از یک via واحد در مسیرهای جریان بالا استفاده نکنید! به عنوان مثال، اگر یک فویل مسی 3oz جریان 5A را حمل می کند، توصیه می شود از 2-3 vias به موازات هم استفاده کنید (هر via می تواند تقریباً 2-3A جریان را تحمل کند) تا از گرم شدن بیش از حد و ذوب شدن via جلوگیری شود.

باز شدن ماسک لحیم کاری: باز شدن ماسک لحیم کاری کافی (0.2-0.3 میلی متر بزرگتر از قطر via) باید در اطراف via ارائه شود تا از مسدود شدن via توسط لحیم در هنگام لحیم کاری جلوگیری شود، که بر اتلاف حرارت و هدایت تأثیر می گذارد.

III. طراحی DFM برای PCB های مسی ضخیم: فعال کردن کارخانه ها برای "تولید با بازکاری کمتر"

هسته DFM (طراحی برای قابلیت ساخت) "طراحی باید با فرآیندهای تولید سازگار باشد." DFM برای PCB های مسی ضخیم بر حل "چالش های فرآیندی ناشی از مس ضخیم" متمرکز است:

1. اچینگ فویل مسی: اجتناب از اچینگ ناهموار. حداقل عرض خط/فاصله: برای فویل مسی 3oz، حداقل عرض خط ≥ 0.3mm و حداقل فاصله خط ≥ 0.3mm (0.1mm برای مس نازک کافی است)؛ برای فویل مسی 6oz، عرض خط/فاصله ≥ 0.4mm توصیه می شود، در غیر این صورت، "عرض خط نادرست" و "اتصال کوتاه" احتمالاً در حین اچینگ رخ می دهد.
2. چیدمان مس با بازشوها: برای چیدمان مس در سطح وسیع، از "چیدمان مس شبکه ای" (فاصله شبکه 2-3 میلی متر، عرض خط 0.2-0.3 میلی متر) استفاده کنید تا از انقباض فویل مسی در حین اچینگ جلوگیری شود، که می تواند باعث خم شدن PCB شود. اگر چیدمان مس جامد مورد نیاز است، "شیارهای اتلاف حرارت" (عرض 0.5 میلی متر، فاصله 10-15 میلی متر) باید رزرو شوند.

2. فرآیند لمینیت: برای جلوگیری از "لایه لایه شدن و حباب زدن"، توالی لمینیت باید به شرح زیر باشد: فویل مسی ضخیم باید روی "لایه بیرونی" یا "نزدیک به لایه بیرونی" قرار گیرد تا از قرار گرفتن در وسط و جلوگیری از اتلاف حرارت جلوگیری شود. ضخامت فویل مسی برد چند لایه باید متقارن باشد (به عنوان مثال، 3oz برای لایه بالایی و 3oz برای لایه پایینی)، در غیر این صورت پس از لمینیت تاب خوردگی رخ می دهد. انتخاب زیرلایه: اولویت را به زیرلایه های Tg بالا (Tg≥170℃) بدهید، مانند زیرلایه های FR-4 Tg170 یا PI، تا از نرم شدن و لایه لایه شدن زیرلایه در حین لحیم کاری در دمای بالا جلوگیری شود (دمای لحیم کاری صفحات مسی ضخیم معمولاً 10-20℃ بالاتر از مس نازک است).

3. فرآیند لحیم کاری: انتخاب دستگاه های "هدایت حرارتی بالا" مناسب برای مس ضخیم: اولویت را به "بسته های پرقدرت" (مانند TO-220، D2PAK) بدهید تا از لحیم کاری دستگاه های بسته بندی کوچک روی مس ضخیم جلوگیری شود، جایی که گرما نمی تواند دفع شود و لحیم ذوب می شود. طراحی پد: پدهای روی مس ضخیم باید 0.2-0.3 میلی متر بزرگتر از پدهای معمولی باشند. به عنوان مثال، پدهای یک مقاومت 0805 معمولاً 0.8×1.2 میلی متر هستند، اما برای مس ضخیم، 1.0×1.5 میلی متر توصیه می شود تا از یک اتصال لحیم قوی اطمینان حاصل شود. پارامترهای لحیم کاری Reflow: مس ضخیم گرمای بیشتری را جذب می کند، بنابراین دمای لحیم کاری reflow باید به طور مناسب افزایش یابد (5-10℃ بالاتر از مس نازک) و زمان نگهداری 10-15 ثانیه افزایش یابد تا از "اتصالات لحیم سرد" جلوگیری شود.

4. کنترل هزینه: ارزش پنهان DFM (طراحی برای ساخت) - اجتناب از طراحی بیش از حد: به عنوان مثال، از فویل مسی 1-2 اونس در مناطقی که جریان بالا مورد نیاز نیست استفاده کنید و فقط از مس ضخیم در مسیرهای بحرانی برای کاهش هزینه های مواد استفاده کنید. ابعاد استاندارد: تا حد امکان از ضخامت های برد استاندارد کارخانه (به عنوان مثال، 1.6 میلی متر، 2.0 میلی متر) استفاده کنید. ضخامت های برد خاص (به عنوان مثال، 3.0 میلی متر و بالاتر) باعث افزایش دشواری و هزینه پردازش می شود. ارتباط اولیه: قبل از طراحی، قابلیت های فرآیند را با سازنده PCB تأیید کنید (به عنوان مثال، حداکثر ضخامت مس، حداقل قطر سوراخ، دقت اچینگ) تا از طرح هایی که پس از تکمیل قابل ساخت نیستند جلوگیری شود.

IV. خلاصه:

طراحی PCB مسی ضخیم: "3 عنصر اصلی"
ضخامت مس مطابق با جریان: از افزایش کورکورانه ضخامت خودداری کنید. مشخصات اصلی 3-6 اونس را با توجه به نیازهای جریان انتخاب کنید. کاهش ریسک از طریق جزئیات: انتقال تدریجی مسیر، vias موازی و عرض/فاصله مسیر مطابق با الزامات. اولویت DFM: فرآیندهای اچینگ، لمینیت و لحیم کاری را در حین طراحی در نظر بگیرید تا بازکاری را کاهش دهید. طراحی PCB مسی ضخیم ممکن است پیچیده به نظر برسد، اما با درک دو عنصر اصلی "هدایت جریان" و "سازگاری فرآیند"، می توان از اکثر مشکلات جلوگیری کرد.