Cartref > Newyddion > Cynnwys
Copr Trwm Ac Eithafol Am Ddibynadwyedd Uchaf mewn Dylunio a Ffabrig PCB
Jul 05, 2018

Mae gwahanol gynhyrchion electroneg pŵer yn cael eu cynllunio bob dydd ar gyfer ystod o geisiadau. Yn gynyddol, mae'r prosiectau hyn yn manteisio ar duedd gynyddol yn y diwydiant bwrdd cylched printiedig: copr trwm a PCB copr eithafol.

Beth sy'n diffinio cylched copr trwm? Mae'r rhan fwyaf o PCBs sydd ar gael yn fasnachol yn cael eu cynhyrchu ar gyfer ceisiadau isel-foltedd / pŵer isel, gyda olion copi / awyrennau sy'n cynnwys pwysau copr sy'n amrywio o ½-oz / ft2 i 3-oz / ft2. Mae cylched copr trwm wedi'i gynhyrchu gyda phwysau copr yn unrhyw le rhwng 4-oz / ft2 i 20-oz / ft2. Mae pwysau copr uwchben 20-oz / ft2 a hyd at 200-oz / ft2 hefyd yn bosibl ac fe'u cyfeirir atynt fel copr eithafol.

At ddibenion y drafodaeth hon, byddwn yn canolbwyntio'n bennaf ar gopr trwm. Mae'r pwysau copr cynyddol ynghyd ag is-haen addas a phlwythau trwchus yn y tyllau trws yn trawsnewid y bwrdd cylched gwan annibynadwy, unwaith eto, i mewn i blatfform gwifrau gwydn a dibynadwy.

Mae adeiladu cylched copr trwm yn rhoi bwrdd gyda manteision megis:

Mwy o ddygnwch i straenau thermol

Cynyddu capasiti cario cyfredol

Cryfder mecanyddol cynyddol mewn safleoedd cysylltydd ac mewn tyllau PTH

Defnyddiwyd deunyddiau egsotig i'w llawn botensial (hy, tymheredd uchel) heb fethiant cylched

Llai o faint o gynnyrch trwy ymgorffori pwysau copr lluosog ar yr un haen o gylchedreg (Ffigur 1)

Mae troseddau trwm copr trwm yn cario uwch gyfredol drwy'r bwrdd ac yn helpu i drosglwyddo gwres i gynhesu allanol

Mae heatsinks ar y bwrdd wedi'i blatio'n uniongyrchol ar wyneb y bwrdd gan ddefnyddio hyd at 120 o oenys copr

Trawsnewidyddion planhigion dwysedd uchel-bŵer uchel

Er mai ychydig iawn yw'r anfanteision, mae'n bwysig deall adeiladu sylfaenol cylched trwm copr i werthfawrogi'n llawn ei alluoedd a cheisiadau posibl.

Ffigur 1: Sampl yn cynnwys nodweddion copr 2-oz, 10-oz, 20-oz, a 30-oz ar yr un haen.

Adeiladu Cylchdaith Copr Trwm

Mae PCB safonol, boed yn ddwy ochr neu aml-bapur, yn cael eu cynhyrchu gan ddefnyddio cyfuniad o brosesau ysgythru copr a phlatio. Mae haenau cylchdaith yn dechrau fel taflenni tenau o ffoil copr (yn gyffredinol 0.5-oz / ft2 i 2-oz / ft2) sy'n cael eu hesgusodi i gael gwared â chopr diangen, a'u plât i ychwanegu trwch copr i awyrennau, olion, padiau a thyllau troed. Caiff yr holl haenau cylched eu lamineiddio i mewn i becyn cyflawn gan ddefnyddio swbstrad epocsi, megis FR-4 neu polyimid.

Cynhyrchir byrddau sy'n ymgorffori cylchedau copr trwm yn yr un modd yn union, er enghraifft gyda thechnegau ysgythru a phlastio arbenigol, megis platio cyflym / cam mawr a ysgythriad gwahaniaethol. Yn hanesyddol, ffurfiwyd nodweddion copr trwm yn gyfan gwbl trwy ysgythru deunydd bwrdd trwm wedi'i lamineiddio copr, gan achosi waliau olrhain anwastad a than-doriadau annerbyniol. Mae datblygiadau mewn technoleg blastio wedi caniatáu i nodweddion copr trwm gael eu ffurfio gyda chyfuniad o blastio ac ysgythru, gan arwain at waliau syth ac anhygoel o dan-dorri.

Mae gosod cylched copr trwm yn galluogi adeiladwr y bwrdd i gynyddu faint o drwch copr mewn tyllau plât a thrwy wyliau ochr. Erbyn hyn mae'n bosibl cymysgu copr trwm gyda nodweddion safonol ar un bwrdd. Mae'r manteision yn cynnwys gost haen is, dosbarthiad pŵer rhwystr isel, olion traed llai ac arbedion cost posibl.

Fel arfer, cynhyrchwyd cylchedau pŵer uchel / uchel a chylchedau rheoli ar wahân ar fyrddau ar wahân. Mae platio copr trwm yn ei gwneud hi'n bosibl integreiddio cylchedau a chylchedau rheoli uchel i wireddu strwythur bwrdd dwys, ond syml.

Gellir cysylltu'r nodweddion copr trwm â chylchedau safonol yn ddi-dor. Gellir gosod copr trwm a nodweddion safonol gyda chyfyngiad lleiaf posibl ar yr amod bod y dylunydd a'r ffabrigwr yn trafod goddefiannau gweithgynhyrchu a galluoedd cyn y dyluniad terfynol (Ffigur 2).

Mae nodweddion Ffigur 2: 2-oz yn cysylltu cylchedau rheoli tra bod nodweddion 20-oz yn cynnwys llwythi uchel iawn.

Cynyddu Gallu a Thymheredd Cyfredol

Faint o gyfredol y gall cylched copr ei gario'n ddiogel? Mae hwn yn gwestiwn yn aml yn cael ei leisio gan ddylunwyr sy'n dymuno ymgorffori cylchedau copr trwm yn eu prosiect. Fel arfer, atebir y cwestiwn hwn gyda chwestiwn arall: Faint o gynnydd mewn gwres y gall eich prosiect ei wrthsefyll? Mae'r cwestiwn hwn yn cael ei achosi oherwydd bod y gwres yn codi a'r llif cyfredol yn mynd law yn llaw. Gadewch i ni geisio ateb y ddau gwestiwn hyn gyda'n gilydd.

Pan fydd llif cyfredol ar hyd olrhain, mae I2R (colled pŵer) sy'n arwain at wresogi lleol. Mae'r olrhain yn oeri trwy gyfrwng (i ddeunyddiau cyfagos) a chyffyrddiad (i'r amgylchedd). Felly, i ddod o hyd i'r uchafswm y gall olrhain ei gludo'n ddiogel, rhaid inni ddod o hyd i ffordd i amcangyfrif y cynnydd gwres sy'n gysylltiedig â'r gyfredol a gymhwysir. Safle delfrydol fyddai cyrraedd tymheredd gweithredol sefydlog lle mae'r gyfradd gwresogi yn cyfateb i gyfradd oeri. Yn ffodus, mae gennym fformiwla IPC y gallwn ei ddefnyddio i fodelu'r digwyddiad hwn.

IPC-2221A: cyfrifiad ar gyfer gallu presennol trac allanol [1]:

I = .048 * DT (.44) * (W * Th) (. 725)

Lle rwyf yn gyfredol (amps), DT yw cynnydd tymheredd (° C), W yw lled y olrhain (mil) a Th yw trwch y olrhain (mil). Dylid olrhain olion mewnol 50% (amcangyfrif) ar gyfer yr un faint o wresogi. Gan ddefnyddio'r fformiwla IPC, gwnaethom gynhyrchu Ffigwr 3, gan ddangos y gallu i gludo ar hyn o bryd nifer o olion o ardaloedd trawsdoriadol gwahanol gyda chynnydd tymheredd o 30 ° C.

Ffigwr 3: Amcangyfrif cyfredol ar gyfer dimensiynau trac penodol (cynnydd tymheredd 20˚C).

Bydd yr hyn sy'n gyfystyr â swm derbyniol o gynnydd yn y gwres yn wahanol i brosiect i'r prosiect. Gall y rhan fwyaf o ddeunyddiau dielectrig bwrdd cylched wrthsefyll tymereddau o 100 ° C uwchlaw'r amgylchfyd, er y byddai'r newid hwn yn annerbyniol yn y rhan fwyaf o sefyllfaoedd.

Cryfder a Choroesoldeb y Bwrdd Cylchdaith

Gall gweithgynhyrchwyr a dylunwyr bwrdd cylchdaith ddewis o amrywiaeth o ddeunyddiau dielectrig, o safon FR-4 (tymheredd gweithredu 130 ° C) i polyimid tymheredd uchel (tymheredd gweithredu 250 ° C). Efallai y bydd sefyllfa amgylchedd tymheredd uchel neu eithafol yn galw am ddeunydd egsotig, ond os yw'r olion cylched a'r traeth plated yn safon 1-oz / ft2, a fyddant yn goroesi â'r amodau eithafol? Mae'r diwydiant bwrdd cylched wedi datblygu dull prawf ar gyfer pennu uniondeb thermol cynnyrch cylched gorffenedig. Daw straenau thermol o wahanol weithgynhyrchu bwrdd, prosesau cynulliad ac atgyweirio, lle mae'r gwahaniaethau rhwng cyfernod ehangiad thermol (CTE) o Cu a'r PWB wedi'u lamineiddio yn rhoi'r grym ar gyfer cnewyllo crac a thwf i fethiant y cylched. Mae profion beiciau thermol (TCT) yn gwirio am gynnydd mewn ymwrthedd cylched wrth iddo fynd ar feicio aer-aer-aer o 25 ° C i 260 ° C.

Mae cynnydd mewn ymwrthedd yn dangos dadansoddiad mewn uniondeb trydanol trwy grisiau yn y cylched copr. Mae cynllun cwpon safonol ar gyfer y prawf hwn yn defnyddio cadwyn o 32 tyllau troed plat, a ystyriwyd yn bell fel y pwynt gwannaf mewn cylched pan oedd yn destun straen thermol.

Mae astudiaethau beiciau thermol a wnaed ar fyrddau safonol FR-4 gyda phlastio copr 0.8-mil i 1.2-mil wedi dangos bod 32% o gylchedau'n methu ar ôl wyth cylch (mae cynnydd o 20% mewn gwrthiant yn cael ei ystyried yn fethiant). Mae astudiaethau beiciau thermol a wneir ar ddeunyddiau egsotig yn dangos gwelliannau arwyddocaol i'r gyfradd fethiant hon (3% ar ôl wyth beic ar gyfer eryri cyanate), ond maent yn wael yn ddrud (o bump i 10 gwaith yn costio deunydd) ac yn anodd eu prosesu. Mae cynulliad technoleg arwyneb ar gyfartaledd yn gweld o leiaf pedair cylch thermol cyn eu cludo, a gallai weld dau gylch thermol ychwanegol ar gyfer pob atgyweiriad cydran.

Nid yw'n afresymol i fwrdd SMOBC sydd wedi mynd trwy gylch gwaith atgyweirio ac ailosod i gyrraedd cyfanswm o naw neu 10 o gylchoedd thermol. Mae canlyniadau TCT yn dangos yn glir y gall y gyfradd fethiant, ni waeth beth yw deunydd y bwrdd, fod yn annerbyniol. Mae cynhyrchwyr bwrdd cylched printiedig yn gwybod nad yw electroplatio copr yn union wyddoniaeth-newidiadau yn y dwysedd presennol ar draws bwrdd a thrwy nifer o dyllau / meintiau yn arwain at amrywiadau trwch copr o hyd at 25% neu fwy. Mae'r rhan fwyaf o feysydd "copr tenau" ar waliau twll plated - mae'r canlyniadau TCT yn dangos hyn yn wir.

Byddai defnyddio cylchedau copr trwm yn lleihau neu'n dileu'r methiannau hyn yn gyfan gwbl. Mae platio 2-oz / troedfedd o gopr i wal twll yn lleihau'r gyfradd fethu â bron i sero (mae canlyniadau TCT yn dangos graddfa fethiant o 0.57% ar ôl wyth beic ar gyfer FR-4 safonol gydag o leiaf 2.5-mil copr plating). Mewn gwirionedd, mae'r cylched copr yn troi at y pwysau mecanyddol a roddir arno gan y beicio thermol.

Rheoli Thermol

Wrth i ddylunwyr ymdrechu i gael y gwerth gorau a'r perfformiad o'u prosiectau, mae cylchedau printiedig yn dod yn fwy cymhleth ac yn cael eu gyrru i ddwyseddau pŵer uwch. Mae miniaturization, defnydd o gydrannau pŵer, amodau amgylcheddol eithafol a gofynion uchel yn cynyddu pwysigrwydd rheoli thermol. Rhaid i'r colledion uwch ar ffurf gwres, sy'n aml yn cael eu cynhyrchu wrth weithredu electroneg, gael eu gwahanu o'r ffynhonnell a'i radiated i'r amgylchedd; fel arall, gallai'r cydrannau or-gynhesu a gallai methiannau arwain. Fodd bynnag, gall cylchedau copr trwm helpu trwy leihau'r colledion I2R a thrwy gynnal gwres i ffwrdd o elfennau gwerthfawr, gan leihau cyfraddau methiant yn ddramatig.

Er mwyn cael gwarediad gwres priodol o ffynonellau gwres yn ac ar wyneb bwrdd cylched, cyflogir heatsinks. Pwrpas unrhyw gynhesu yw diswyddo gwres i ffwrdd o'r ffynhonnell genhedlaeth trwy ddargludo ac allyrru'r gwres hwn trwy gyffyrddiad i'r amgylchedd. Mae'r ffynhonnell wres ar un ochr y bwrdd (neu ffynonellau gwres mewnol) wedi'i gysylltu gan ddulliau copr (a elwir weithiau'n "ddiasau gwres") i ardal copr mawr noeth ar ochr arall y bwrdd.

Yn gyffredinol, mae heatsinks clasurol yn cael eu bondio i'r arwyneb copr maeth hwn trwy gludiog sy'n gynhesu'n thermol neu mewn rhai achosion, yn cael eu cludo neu eu bolltio. Mae'r rhan fwyaf o heatsinks yn cael eu gwneud o naill ai copr neu alwminiwm. Mae'r broses cynulliad sy'n ofynnol ar gyfer heatsinks clasurol yn cynnwys tri cham dwys a llafur.

I ddechrau, mae'n rhaid i'r metel sy'n gwasanaethu fel y heatsink gael ei gipio neu ei dorri i'r siâp gofynnol. Rhaid torri neu stampio'r haen gludo hefyd er mwyn bod yn fanwl gywir rhwng y bwrdd cylched a'r heatsink. Yn olaf ond nid yn lleiaf, rhaid gosod y heatsink yn briodol ar y PCB ac mae'n rhaid i'r pecyn cyfan gael ei orchuddio ar gyfer gwrthiant trydanol a / neu groesiad gyda thec addas neu gôt gorchudd.

Fel rheol, ni ellir awtomeiddio'r broses uchod a rhaid ei wneud â llaw. Mae'r amser a'r gwaith sy'n ofynnol i gwblhau'r broses hon yn arwyddocaol, ac mae'r canlyniadau'n israddol i broses awtomataidd fecanyddol. Mewn cyferbyniad, crëir heatsinks adeiledig yn ystod proses weithgynhyrchu PCB ac nid oes angen cynulliad ychwanegol arnynt. Mae technoleg cylched copr trwm yn gwneud hyn yn bosibl. Mae'r dechnoleg hon yn caniatáu ychwanegu heatsinks copr trwchus bron yn unrhyw le ar arwynebau allanol bwrdd. Mae'r heatsinks yn cael eu electroplatio ar yr wyneb ac felly'n gysylltiedig â'r gwres sy'n cynnal vias heb unrhyw ryngwynebau sy'n rhwystro cynhyrchedd thermol.

Mantais arall yw'r plastig copr ychwanegol yn y ffordd y gwres, sy'n lleihau ymwrthedd thermol dyluniad y bwrdd, gan sylweddoli y gallant ddisgwyl yr un faint o gywirdeb ac ailadroddadwy sy'n gynhenid mewn gweithgynhyrchu PCB. Oherwydd bod gorchuddion planhigion mewn gwirionedd yn olion trawiadol gwastad a ffurfiwyd ar laminad clad copr, maent yn gwella'r dwysedd cyfredol cyffredinol o'i gymharu â chyflenwyr gwifren silindrog. Mae'r buddiant hwn o ganlyniad i leihau effaith y croen ac effeithlonrwydd cario uwch ar hyn o bryd.

Mae gellygau ar y bwrdd yn cyflawni ynysu dielectrig cynradd uwchradd i uwchradd ac uwchradd i uwchradd oherwydd bod yr un deunydd dielectrig yn cael ei ddefnyddio rhwng yr holl haenau, gan sicrhau bod y cyfan yn cael ei amgáu. Yn ogystal, gall llifogydd cynradd gael eu gollwng fel bod y gwyntiadau eilaidd yn cael eu tyfu rhwng yr ysgolion cynradd, gan sicrhau anwythiadau isel o gollyngiadau. Gall technegau lamineiddio PCB safonol, gan ddefnyddio dewis o amrywiaeth o resinau epocsi, gael eu rhyngosod yn ddiogel hyd at 50 o haenau o ollyngiadau copr mor drwchus â 10-oz / ft2.

Yn ystod y gwaith o gynhyrchu cylchedau copr trwm, rydym fel rheol yn delio â thwfau plastro sylweddol; felly, rhaid lwfansau wrth ddiffinio gwahaniaethau olrhain a meintiau pad. Am y rheswm hwn, cynghorir dylunwyr i gael gwneuthurwr y bwrdd ar fwrdd yn gynnar yn y broses ddylunio.

Mae cynhyrchion electroneg pŵer sy'n defnyddio cylchedau copr trwm wedi'u defnyddio ers blynyddoedd lawer yn y diwydiant milwrol ac awyrofod ac yn ennill momentwm fel technoleg o ddewis mewn cymwysiadau diwydiannol. Credir y bydd gofynion y farchnad yn ymestyn y defnydd o'r math hwn o gynnyrch yn y dyfodol agos.

Cyfeiriadau:

1. IPC -2221A