Schweres Kupfer PWB

Heavy Copper PCBs sind spezialisierte Leiterplatten, die für hohe Leistungs- und Wärmebeanspruchungen während des Betriebs ausgelegt sind. Während eine Standard-Leiterplatte typischerweise 1 OZ-2OZ Kupfer verwendet, verwendet eine Heavy Copper PCB 3 oz bis 20 oz (oder mehr). Die dickeren Kupferschichten ermöglichen es der Platine, höhere Ströme und hohe Spannungen zu leiten. Die Platinen sind gut und werden bei hoher thermischer Belastung lange Zeit keinen Schaden nehmen.

Ihr Typ ist beispielsweise Wickelplatinen, BMP-Produkte, AC-DC-Platinen usw. 

Normalerweise werden sie für Hochleistungs- (elektrischer Strom-)Elektronik wie Netzteile oder einige Stromkreise oder hohe Anforderungen an die Wärme in der Industrie verwendet. Sie können in der Innenschicht oder der Außenschicht ausgeführt werden. Im Leiterplattenherstellungsprozess ist es schwieriger als bei herkömmlichen Schaltungen mit 2OZ Kupferfolie.

Die Struktur ähnelt einer Standard-Leiterplatte, beinhaltet aber einen speziellen Beschichtungs- und Ätzprozess.

• Kupferschicht: Die "Adern" der Platine sind viel höher und breiter. Die Dicke des Kupfers variiert von 3 oz bis 20 oz in einigen Sonderfällen. Die maximale Kupferdicke der Innenschicht beträgt 10 OZ, während die Dicke der Außenschicht bis zu 20 OZ betragen kann.
• Basismaterial: Der Aufbau der Heavy Copper PCB hängt ausschließlich von Basismaterialien wie FR4 oder halogenfrei oder Rogers oder Aluminium ab, oder in einigen Fällen werden hybride Basismaterialien verwendet. Normalerweise ist FR4 ein Middle Tg- und High Tg-Material.
• Anzahl der Lagen: Die Anzahl der Heavy Copper PCB-Lagen beträgt je nach Herstellung 2 bis 20 Lagen.
• Platinendicke: Die Dicke der Platine beträgt 1,6 mm bis 5,0 mm.
• Heavy Plated-Through Holes (PTH): Die Löcher, die verschiedene Lagen verbinden, sind mit dickem Kupfer verstärkt, um hohe Ströme ohne Überhitzung zu leiten. Normalerweise ist eine Mindestlochkupferdicke von 25 um erforderlich, sogar bis zu 38 um oder 50 um Lochbeschichtete Kupferdicke, um die Leistung sicherzustellen.
• Kern: Verwendet oft FR-4 mit Middle TG- oder High TG-Material oder Metallkernmaterialien, um das zusätzliche Gewicht und die Wärme zu unterstützen. 
• Dielektrische Schicht: Mindestens 2 Stück Prepreg für Heavy Copper PCB, wenn hohe Ströme und Spannungen erforderlich sind, werden 3 Stück Prepreg im Kern benötigt.
• Oberflächenausführung: Die Leiterplattenoberflächenausführung ist OSP, HASL, HASL bleifrei (HASL LF/ ROHS), Zinn, Immersion Gold (Au), Immersion Silver (Ag), ENIG, ENPIG gemäß den Standards, und einige Platinen werden auch Golden Finger + HASL, ENIG + OSP, OSP + Golden Finger für eine bessere Leitfähigkeit auf der Oberfläche verwendet, da ein riesiger Strom Kontakt mit dem Anschluss des externen Bauteils herstellen muss.

Heavy Copper bietet drei Vorteile für Elektronikprodukte: 

Die Herstellung einer Heavy Copper PCB ist deutlich anspruchsvoller als bei Standardplatinen. Da das Kupfer "dick" ist, können herkömmliche chemische Verfahren die Leiterbahnen leicht ruinieren.

Hier sind die wichtigsten Anforderungen und Techniken der Produktionstechnologie:

1. Da die Kupferspuren so dick sind, sind die Kupferzähne zwischen ihnen tiefer.
2. Hoher Harzfluss: Spezielles "Prepreg" (Verbindungsschichten) mit hohem Harzgehalt ist erforderlich, um diese Lücken vollständig zu füllen.
3. Vermeidung von Hohlräumen: Wenn das Harz nicht jede Lücke ausfüllt, bilden sich Luftblasen (Hohlräume). Unter hoher Leistung können sich diese Blasen ausdehnen und dazu führen, dass die Platine explodiert oder sich ablöst.
4. Höherer Druck/Temperatur: Die Laminierpresse muss mit höheren Parametereinstellungen arbeiten, um sicherzustellen, dass das dicke Kupfer gleichmäßig in das Substrat "einsinkt".

Das Bohren durch eine Standard-Leiterplatte ist wie das Bohren durch Kunststoff; das Bohren einer Heavy Copper-Platine ist wie das Bohren durch eine Metallplatte.

1. Standzeit des Bohrers: Kupfer ist weich und "gummiartig". Es erzeugt enorme Hitze, wodurch Bohrer schnell stumpf werden. Hersteller müssen die Bohrer viel häufiger austauschen (z. B. alle 10-20 Löcher gegenüber Hunderten).
2. Peck-Bohren: Große Löcher erfordern oft "Pecking"—Bohren ein wenig, Zurückziehen, um die Kupferspäne zu entfernen, und erneutes Bohren, um zu verhindern, dass der Bohrer bricht.

Standardätzen ist wie das Sprühen einer Schablone; für dickes Kupfer ist es eher wie das Schnitzen eines tiefen Canyons.

1. Differenzialätzen & Stufenbeschichtung: Anstelle eines langen chemischen Bades verwenden die Hersteller mehrere Beschichtungs- und Ätzzyklen. Dies verhindert das Unterschneiden (bei dem die Chemikalien den Boden einer Leiterbahn wegfressen und sie instabil machen).
2. Leiterbahne Profilkontrolle: Um gerade Seitenwände zu erreichen, werden Hochgeschwindigkeits-Ätzsysteme verwendet, um sicherzustellen, dass die endgültige Leiterbahn rechteckig und nicht eine "Trapez"- oder "Pilz"-Form ist.

Eine Standard-Einfachbeschichtung aus Lötstopplack ist zu dünn, um die "Klippen" einer Heavy Copper-Leiterbahn zu bedecken.

1. Mehrfachbeschichtungen: Benötigt normalerweise zweimal Lötstopplack, um sicherzustellen, dass die dickere Lötstopplack-Oberfläche die Platinenoberfläche bedeckt, um die Leistung sicherzustellen. 
2. Elektrostatisches Sprühen: Diese Methode wird oft dem Siebdruck vorgezogen, da sie sicherstellt, dass die Tinte die scharfen vertikalen Kanten der dicken Kupferspuren umschließt.

Um sicherzustellen, dass die Fabrik die Platine tatsächlich bauen kann, müssen Designer strengere Regeln befolgen:

Sie finden Heavy Copper PCBs in Umgebungen, in denen "Ausfall keine Option ist" und der Leistungsbedarf hoch ist:

• Leistungselektronik: Wechselrichter, Wandler und Netzteile. Planare Transformatoren, Verstärkungssysteme
• Automobil: Ladesysteme für Elektrofahrzeuge (EV) und Stromverteilungsmodule.
• Erneuerbare Energien: Solarpanel-Controller und Windturbinen-Stromsysteme.
• Industrie: Schweißgeräte, Steuerungen für schwere Maschinen und Trans
• Medizinische Elektronik: Spezielle medizinische Geräte wie Laseroperationen oder Robotermaschinen, Bildgebungsgeräte wie Scanmaschinen, Röntgen usw.
• Militär & Luft- und Raumfahrt: drahtlose Satellitenkommunikationsgeräte und Radargeräte
• Industrieausrüstung: Industrieausrüstung verwendet Heavy Copper PCB, die in rauen Umgebungen eingesetzt werden kann, da sie korrosionsbeständig gegen viele Chemikalien ist.