Fabrication de PCB en cuivre épais | 3–20 oz (trois à vingt onces) | Gestion de courant élevé et thermique
PCB en cuivre épais pour l'électronique de puissance à courant élevé : 3–20 oz de cuivre (trois à vingt onces), analyse de courant IPC-2152, vias thermiques remplis de cuivre et contrôle de gravure différentiel. Validé par des tests de cyclage thermique et de charge à courant élevé. Capable IATF 16949 / ISO 13485 avec des options de production rapide en 5–10 jours (cinq à dix jours).
Ingénierie en cuivre épais & Optimisation des coûts
Mise en œuvre stratégique pour la densité de courant et l'équilibre thermiqueLes PCB en cuivre épais sont justifiés lorsque les courants des traces dépassent ~30–50 A (trente à cinquante ampères) ou lorsque des chemins thermiques intégrés sont nécessaires sans barres omnibus externes. Les applications typiques incluent les convertisseurs de puissance, les onduleurs automobiles et les entraînements industriels. Nous évaluons la sélection de l'épaisseur du cuivre (3–6 oz généralement suffisants ; 10 oz ou plus pour les étages haute puissance), la répartition thermique (réduction de l'élévation de température de 10–30 °C — dix à trente degrés Celsius), et les compromis de fabrication tels que l'uniformité du placage et la contrainte des couches. Grâce à une optimisation systématique de la distribution de puissance, les cartes en cuivre épais peuvent éliminer les barres omnibus et réduire les étapes d'assemblage de 40–60% (quarante à soixante pour cent).
La capacité de courant suit les directives IPC-2152 avec déclassement pour la température ambiante, les sources de chaleur adjacentes et les contraintes d'enceinte. Par exemple, une trace en cuivre de 4 oz (quatre onces) avec une largeur de 10 mm (dix millimètres) peut transporter environ 50–80 A (cinquante à quatre-vingts ampères) avec une élévation de température modérée — les limites réelles dépendent de l'épaisseur du cuivre, de la géométrie de la trace et des conditions de flux d'air. Bien que le passage de 2 oz à du cuivre épais puisse augmenter le coût du PCB de 25–40% (vingt-cinq à quarante pour cent), le coût total du système diminue souvent en raison de moins d'interconnexions et d'une meilleure dissipation de la chaleur.
Risque critique : Une densité de courant élevée et une mauvaise uniformité du placage peuvent provoquer un échauffement localisé, un délaminage ou un déséquilibre de gravure des couches internes. Une épaisseur de cuivre excessive sans équilibrage du cuivre approprié peut déformer les panneaux pendant la stratification ou provoquer un éclatement des trous pendant la fabrication.
Notre solution : Nous appliquons une modélisation avancée de la densité de courant et un contrôle de placage différentiel pour obtenir une distribution uniforme du cuivre sur les couches. Les vias thermiques et les PCB à noyau métallique sont intégrés là où la répartition de la chaleur est critique. Les empilements suivent les normes de fiabilité IPC-6012 Classe 3 avec vérification par rayons X du remplissage des vias et un CPK de placage ≥ 1.33 (supérieur ou égal à un point trois trois). Pour une co-conception thermique et électrique optimisée, consultez nos directives de conception thermique et nos PCB haute thermique.
- Épaisseur de cuivre 105–700 μm (cent cinq à sept cents micromètres) = 3–20 oz
- Capacité de courant modélisée selon IPC-2152 avec déclassement spécifique à l'environnement
- Matrices de vias thermiques Ø0.30–0.50 mm (zéro point trois zéro à zéro point cinq zéro millimètres) pour l'extraction de chaleur
- Compensation de gravure différentielle pour des épaisseurs de cuivre mixtes
- Contrôle de l'élévation de température via la répartition du cuivre : ΔT 10–30 °C (dix à trente degrés Celsius)
- Empilements hybrides combinant des couches de puissance avec des circuits de contrôle standard
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Uniformité de placage et contrôle du processus de gravure différentielle
Fabrication multi-étapes pour une épaisseur uniforme et une adhérenceLe placage électrolytique prolongé pour cuivre épais (par exemple, ~4–8 h — quatre à huit heures pour ~10 oz d'accumulation) utilise une densité de courant contrôlée et des profils d'impulsion inversée pour maintenir une uniformité de ±10 % (plus ou moins dix pour cent). Les recettes de gravure progressive traitent le sous-découpage ; la gravure latérale peut approcher un ratio de 1:1 (un pour un) avec l'épaisseur du cuivre à des poids extrêmes, donc le timing du masque/chimie est soigneusement planifié. Les matériaux High-Tg 170–180 °C (cent soixante-dix à cent quatre-vingts degrés Celsius) résistent à de multiples refusions et à une exposition prolongée au placage.
Notre traitement de cuivre extrême intègre l'AOI à plusieurs étapes, des coupes transversales pour l'adhérence, et des tests de charge à courant élevé avec thermographie IR pour valider les modèles thermiques. Le gauchissement est maintenu ≤0,75 % (inférieur ou égal à zéro virgule soixante-quinze pour cent) sur les panneaux typiques via une stratification à profil de pression. Consultez notre guide de devis d'assemblage pour les leviers de planning/coût.
- Placage contrôlé par ordinateur avec cartographie d'épaisseur à 25 points
- Gravure progressive pour les détails fins près du cuivre épais
- Stratification à haute pression jusqu'à ~500 psi (cinq cents livres par pouce carré)
- Choc thermique −40 °C↔+125 °C (moins quarante à plus cent vingt-cinq) pour les profils automobiles
Matrice de Capacité et de Performance des PCB en Cuivre Épais
Fenêtres de processus pour la distribution d'énergie à courant élevé
| Paramètre | Capacité Standard | Capacité Avancée | Standard |
|---|---|---|---|
Layer Count | 2–8 couches (deux à huit) | Jusqu'à 32 couches (jusqu'à trente-deux) | IPC-2221 |
Base Materials | FR-4 haute Tg 170–180 °C (cent soixante-dix à cent quatre-vingts) | FR-4 à haute conductivité thermique, Rogers, Noyau Métallique (IMS) | IPC-4101 |
Board Thickness | 1.6–3.2 mm (un point six à trois point deux) | 0.8–8.0 mm (zéro point huit à huit point zéro) | IPC-A-600 |
Copper Weight | 3–6 oz (105–210 μm ; cent cinq à deux cent dix micromètres) | Jusqu'à 20 oz (700 μm ; sept cents micromètres) | IPC-4562 |
Min Trace/Space | 150/150 μm (6/6 mil ; cent cinquante par cent cinquante micromètres) | 100/100 μm (4/4 mil ; cent par cent micromètres) | IPC-2221 |
Min Hole Size | 0.30 mm (12 mil ; zéro point trois zéro millimètres) | 0.20 mm (8 mil ; zéro point deux zéro millimètres) | IPC-2222 |
Via Technology | Trou traversant, Vias thermiques | Vias remplis de cuivre, Press-fit, Aveugles/Enterrés | IPC-6012 |
Max Panel Size | 571.5 × 609.6 mm (cinq cent soixante-et-onze point cinq par six cent neuf point six) | 571.5 × 1200 mm (cinq cent soixante-et-onze point cinq par mille deux cents) | Manufacturing capability |
Current Capacity | Jusqu'à ~100 A par trace (jusqu'à cent ampères, dépendant de la conception) | 200 A+ (deux cents ampères ou plus, dépendant de la conception) | IPC-2152 |
Surface Finish | HASL sans plomb, ENIG, OSP | Argent par immersion, ENEPIG, Or dur/épais | IPC-4552/4556 |
Quality Testing | Test électrique, AOI, Coupe transversale | Charge à courant élevé, Choc thermique, Thermographie IR | IPC-9252 / IPC-TM-650 |
Certifications | ISO 9001, UL, RoHS | IATF 16949, AS9100, IPC-A-610 Classe 3 | Industry standards |
Lead Time | 7–10 jours (sept à dix jours) | ≈5 jours (environ cinq jours, dépendant de la complexité) | Production schedule |
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Intégration de la conception thermique et stratégie de distribution du courant
Allez au-delà des simples tableaux de courant : dimensionnez les traces selon IPC-2152 puis validez avec des conditions aux limites (ambiante, flux d'air, boîtier). Pour un fonctionnement continu, de nombreuses conceptions limitent ΔT à environ 10–20 °C (dix à vingt degrés Celsius), avec des transitoires allant jusqu'à 30–40 °C (trente à quarante). Les grandes surfaces en cuivre dissipent environ 3–5× (trois à cinq fois) plus de chaleur que les traces isolées de même section transversale.
Vias thermiques : Ø0.30–0.50 mm (zéro point trois zéro à zéro point cinq zéro) avec un pas de 1.0–1.5 mm (un à un point cinq) sous les composants chauds. Les vias remplis de cuivre peuvent augmenter la conductivité verticale d'environ 10–20× (dix à vingt fois). Créez des chemins directs vers les couches de dissipation ou les dissipateurs thermiques. Voir conception des vias thermiques.
Les poids de cuivre mixtes nécessitent une planification de l'empilement pour éviter les carences en résine et les marches d'épaisseur. Placer des couches de puissance de 3–6 oz (trois à six onces) près de l'extérieur améliore l'évacuation de la chaleur ; les couches internes de 1–2 oz (une à deux onces) gèrent les signaux de contrôle. Cette approche hybride peut réduire le coût des matériaux de 20–30% (vingt à trente pour cent) tout en atteignant les objectifs de courant.
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Traitement séquentiel et méthodologie de contrôle qualité
La feuille de base (35–70 μm ; trente-cinq à soixante-dix micromètres) influence l'adhésion et la morphologie finale. Un dépôt de placage d'environ 25–30 μm/h (vingt-cinq à trente micromètres par heure) préserve la structure des grains. La cellule Hull et la cartographie des coupons ajustent la densité de courant. L'épaisseur de la photorésistance varie avec le poids du cuivre (par exemple, 75–100 μm pour environ 10 oz) pour résister à des temps de gravure plus longs ; la gravure régénérative maintient une charge de cuivre stable. La gravure différentielle permet d'obtenir des caractéristiques de 100–150 μm (cent à cent cinquante micromètres) à côté du cuivre épais. L'acceptation est conforme aux critères de microsection IPC Classe 3.
Stratification : rampes progressives jusqu'à environ 185 °C (cent quatre-vingt-cinq degrés Celsius) et pressions allant jusqu'à environ 500 psi (cinq cents livres par pouce carré) pour éviter les vides. La stabilité dimensionnelle maintient ±0,10 mm par 300 mm (plus/moins zéro point un zéro par trois cents). L'assemblage pour les pastilles en cuivre épais peut nécessiter un préchauffage et un temps de trempage prolongé pendant le refusion pour assurer la mouillabilité.
Sélection des substrats pour les performances thermiques et électriques
Choisissez les matériaux en fonction de la conductivité thermique, de Tg et du CTE en axe z. Le FR-4 haute Tg 170–180 °C supporte des élévations modérées (<40–50 °C — moins de quarante à cinquante degrés Celsius). Pour des charges plus élevées, les systèmes remplis offrent 0.6–1.0 W/m·K (zéro point six à un point zéro watts par mètre-kelvin), environ 2–3× (deux à trois fois) le FR-4 standard. Pour une dissipation extrême, l'IMS (noyau métallique) fournit 1.0–8.0 W/m·K (un à huit) mais limite le nombre de couches ; voir PCB à noyau métallique.
Les empilements hybrides avec des préimprégnés conducteurs thermiques (0.5–0.7 W/m·K — zéro point cinq à zéro point sept) entre les couches de puissance, plus des matériaux standard pour les couches de signal, peuvent réduire les coûts de 30–40% (trente à quarante pour cent) tout en préservant les performances thermiques. Qualifiez avec un délaminage après plusieurs refusions et une résistance au CAF pour les chemins haute tension.
Matrice de test de fiabilité & Validation de performance
Les tests de charge à haut courant appliquent 50–200 A (cinquante à deux cents ampères) tandis que la thermographie IR confirme la température en régime permanent et l'absence de points chauds (>10 °C — supérieur à dix degrés Celsius au-dessus de la moyenne est signalé). Les essais d'endurance peuvent durer 4–8 h (quatre à huit heures), avec des profils automobiles nécessitant jusqu'à 100 h (cent heures).
Cyclage thermique : −40 °C à +125 °C (moins quarante à plus cent vingt-cinq) avec des paliers de 15 minutes pour 500–1000 cycles (cinq cents à mille). Accepté si ΔR ≤10% (inférieur ou égal à dix pour cent). Les coupes transversales examinent les fissures du barillet et l'adhésion. Voir tests de fiabilité thermique.
Mécanique : La résistance à la traction PTH cible >8 lbf (supérieure à huit livres-force) pour les trous de Ø0,80 mm ; les profils d'assemblage prolongent le trempage pour les pastilles de 6–10 oz (six à dix onces) pour assurer la mouillabilité. La traçabilité complète couvre les matériaux, les paramètres de processus et les données de test pour chaque lot.
Mise en œuvre de cuivre épais spécifique à l'application
Électronique de puissance VE/BMS : bus principaux de 6–10 oz (six à dix onces) pour 200–400 A (deux cents à quatre cents ampères) en continu avec θJB jonction-refroidisseur <0,5 °C/W (inférieur à zéro virgule cinq degrés Celsius par watt).
Entraînements industriels/soudage : 10–20 oz (dix à vingt onces) pour des pics >300 A (supérieur à trois cents), vias thermiques répartis (50–100 par TO-247) pour >100 W/cm² (supérieur à cent watts par centimètre carré).
Énergies renouvelables : cuivre épais sélectif uniquement sur les chemins à haut courant pour équilibrer coût et fiabilité à long terme.
Assurance ingénierie & Certifications
Expérience : constructions en cuivre épais et cuivre extrême éprouvées en production avec stratification à zones contrôlées et gravure étagée.
Expertise : modélisation IPC-2152 + validation IR ; SPC sur placage/gravure ; objectifs Cpk ≥1,33 (supérieur ou égal à un virgule trois trois).
Autorité : IPC Classe 3, IATF 16949, ISO 13485, AS9100 ; documentation prête pour audit.
Fiabilité : le MES lie les codes de lot/sérialisation aux données de test en ligne ; rapports thermiques/charge disponibles.
- Contrôles de processus : épaisseur de placage, sous-gravure, pression/température de stratification
- Traçabilité : sérialisation des unités, suivi des lots de composants, dossier numérique
- Validation : tests de charge, cyclage/choc thermique, microsections selon IPC-TM-650
Questions fréquentes
Quelle épaisseur de cuivre qualifie-t-on de cuivre épais par rapport au cuivre extrême ?
Comment les vias thermiques et les plans fonctionnent-ils ensemble ?
Quels contrôles d'usine sont les plus importants pour la fiabilité ?
Quand dois-je spécifier IMS ou un noyau métallique au lieu du cuivre épais FR-4 ?
Le cuivre épais affecte-t-il l'assemblage ?
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