Elektroniska produkter rör sig hela tiden mot hög effekt och hög prestanda. Från laddningssystem för elfordon till hög-effektmoduler för industriell utrustning, hög-elektroniska tillämpningar har ställt stränga krav på kretsarnas nuvarande bärförmåga. Tjocka kopparkretskort har blivit ett viktigt tekniskt stöd för att uppfylla dessa krav på grund av deras utmärkta strömförande egenskaper.
Definition och fördelar medtjock koppar kretskort
Tjock kopparkretskort hänvisar vanligtvis till en PCB-skiva med en kopparfolietjocklek som är större än den konventionella 1oz (ca 35 μm). Vanliga tjocklekar är 2oz (ca 70 μm), 3oz (ca 105 μm), 4oz (ca 140 μm) etc. Jämfört med vanliga kretskort har tjocka kopparkretskort betydande fördelar vad gäller strömkapacitet. Enligt Ohms lag är värmen som genereras när ström passerar genom en ledare proportionell mot dess resistans, medan resistansen är omvänt proportionell mot ledarens tvärsnittsarea. Tjocka kopparkretskort, på grund av tjockare kopparfolie och större tvärsnittsarea hos ledarna, har avsevärt minskat motstånd och kan bära större strömmar, vilket effektivt minskar effektförluster och uppvärmningsfenomen på kretsen.
Nyckelfaktorer som påverkar nuvarande bärförmåga
Kopparfolietjocklek: Kopparfolietjocklek är kärnfaktorn som bestämmer strömkapaciteten. IPC-2221-standarden tillhandahåller en empirisk formel för beräkning av strömbärförmågan för PCB-spår i en standardmiljö (omgivningstemperatur på 25 grader C, maximal temperaturökning på 10 grader C): I=k × (Wb × Tc), där I är den maximalt tillåtna strömmen, W är trådbredden, T är koppartjockleken, c och k är beroende av koppartjockleken, c, oavsett om det är ett inre eller yttre skikt). Det framgår tydligt av formeln att, under andra konstanta förhållanden, en ökning av kopparfolietjockleken avsevärt förbättrar strömbärförmågan. Till exempel kan en koppartjocklek på 1 oz vanligtvis bära en ström på cirka 1 A/mm, medan en koppartjocklek på 2 oz avsevärt ökar dess strömkapacitet.
Trådbredd: Trådbredd har också en betydande inverkan på strömkapaciteten. En bredare tråd kan ge en större strömväg, minska strömtätheten och minimera värmeutvecklingen. I praktisk teknik, när trådens bredd ökar, förbättras strömbärförmågan hos PCB, men det är inte strikt en linjär ökning, utan ökningen minskar gradvis. Till exempel, under en temperaturökning på 10 grader C, kan ett kretskort med en tjocklek på 1 oz koppar och en trådbredd på 100 mil (2,5 mm) passera en ström på 4,5 A. När trådbredden ökar ytterligare saktar hastigheten för förbättring av strömbärkapaciteten ner.
Miljötemperatur och värmeavledningsförhållanden: Inverkan av miljötemperatur och värmeavledningsförhållanden på den nuvarande bärförmågan hos tjocka kopparkretskort kan inte ignoreras. När omgivningstemperaturen stiger ökar kopparns elektriska resistivitet, linjeresistansen ökar och mer värme genereras under samma ström. Goda värmeavledningsförhållanden, såsom att lägga till kylflänsar, använda forcerad luftkylning eller vätskekylning, kan effektivt minska temperaturen på kretskortkortet och förbättra dess nuvarande bärförmåga. Till exempel, i elektroniska enheter med hög-effekt kan installation av kylflänsar med stora-områden på tjocka kopparkretskort och använda fläktar för forcerad luftkylning avsevärt förbättra deras nuvarande bärförmåga i miljöer med hög-temperatur och säkerställa stabil drift av utrustningen.
Beräkning och utvärdering av aktuell bärförmåga
Beräkning baserad på standardformler: Som nämnts tidigare i IPC-2221 standardformeln, med känd kopparfolietjocklek, trådbredd och bestämning av om kretskortet är ett inre eller yttre skikt, kan strömbärförmågan preliminärt uppskattas. Men denna formel är härledd under specifika standardmiljöer, och i praktiska tillämpningar måste beräkningsresultaten korrigeras baserat på faktorer som miljötemperatur och värmeavledningsförhållanden.
Simuleringsanalys: Professionell programvara för elektronisk designautomation kan användas för att simulera den nuvarande bärsituationen för tjocka kopparkretskort. Genom att konstruera en exakt kretskortsmodell och ställa in parametrar som ström, temperatur och värmeavledning under faktiska arbetsförhållanden, kan programvaran intuitivt visa fördelningen av ström på kretskortet, temperaturförändringar i olika delar och potentiella hotspot-områden, vilket ger mer exakt och detaljerat datastöd för att utvärdera strömbärförmågan.
Faktisk testning och verifiering: Under produktutvecklingsprocessen är att ta prover och genomföra faktiska tester viktiga steg för att verifiera den aktuella bärkraften. Genom att applicera olika nivåer av ström på provet, övervaka parametrar som temperaturförändringar och kretsspänningsfall på kretskortet, jämföra dem med teoretiska beräkningar och simuleringsresultat, ytterligare optimera designen för att säkerställa att tjocka kopparkretskort kan möta strömförande krav i praktiska tillämpningar.
Aktuell bärprestanda i applikationsscenarier
Kraftelektronisk utrustning: Tjocka kopparkretskort spelar en nyckelroll i elektronisk utrustning med hög-effekt, som växelriktare och laddningsstationer för elfordon. Med laddningsstationer för elfordon som exempel har deras laddningseffekt ökat kontinuerligt, från flera kilowatt i början till tiotals kilowatt eller ännu högre idag. För att säkerställa en stabil och effektiv överföring av hög ström, använder kraftkretsen inuti laddstationen vanligtvis tjocka kopparkretskort. Om ett 4oz tjockt kopparkortkort används, kombinerat med en rimlig ledningskonstruktion, kan den enkelt bära hundratals ampere laddningsström, vilket säkerställer att laddstationen kan ladda elfordon snabbt och tillförlitligt.
Industriell styrning och automation: Motordrivningar med hög effekt, frekvensomvandlare och annan utrustning i industriella miljöer kräver hög tillförlitlighet på grund av deras höga driftsströmmar. Tjocka kretskort av koppar, med sin höga strömkapacitet och goda mekaniska hållfasthet, kan fungera stabilt i komplexa industriella miljöer. I stora motordrivsystem kan användning av tjocka kopparkretskort som styrkretsar och kraftöverföringskretsar effektivt minska linjefel orsakade av överdriven ström, förbättra utrustningens stabilitet och produktionseffektivitet.
Kommunikationsbasstations kraftsystem: Med populariseringen av 5G-kommunikationsteknik har kraftbehovet för kommunikationsbasstationer ökat avsevärt. Basstationens kraftsystem kräver ett kretskort som kan bära höga strömmar för att säkerställa stabil strömförsörjning. Tillämpningen av tjocka kopparkretskort i kommunikationsbasstations kraftmoduler kan uppfylla deras höga strömförande krav, medan god värmeavledningsprestanda hjälper till att minska utrustningens temperatur, förbättra tillförlitligheten och livslängden för kraftsystem och säkerställa 24-timmars oavbruten drift av kommunikationsbasstationer.
Nyckelpunkter för nuvarande bärande design för tjock kopparkretskort
Rimlig ledningsplanering: Vid design av tjocka kopparkretskort bör längden på högströmskretsar förkortas så mycket som möjligt för att minska kretsresistans och induktans. Undvik samtidigt skarpa svängar eller smala flaskhalsar i ledningen för att säkerställa smidig passage av ström. När du använder en kortdesign med flera-lager är det viktigt att allokera kraft- och jordlager på ett rimligt sätt, optimera strömvägar och balansera strömfördelningen.
Öka antalet genomgående hål: I flerlagers tjocka kopparkretskort är genomgående hål nyckelkanaler för att ansluta olika lager av kopparfolie. En rimlig ökning av antalet vias kan effektivt minska överföringsmotståndet för ström mellan skikten, balansera strömfördelningen och minska problemet med överdriven lokal strömtäthet. Till exempel, i områden med hög strömledning, kan inställning av flera vias med jämna mellanrum för att bilda en via-array avsevärt förbättra strömöverföringskapaciteten.