2024 전문가 가이드: 높은 전류 응용 프로그램에 대한 무거운 구리 PCB를 설계합니다.

전기차 (EV) 와 재생 에너지 시스템, 그리고 산업 자동화 시대에과열 또는 고장없이 극한 전류를 처리 할 수있는 고전력 전자 수요 회로 보드중량 구리 PCB는 3oz (105μm) 또는 더 두꺼운 구리 층으로 정의됩니다.이 견고한 보드는 50A + 전류를 운반하는 데 탁월합니다.효율적으로 열을 분산합니다.: 401 W/mK), 기계적 스트레스에 견딜 수 있습니다. 전 세계 중량 구리 PCB 시장은 EV 파워트레인, 태양광 인버터,그리고 군사 장비.

이 포괄적 인 가이드는 무거운 구리 PCB에 대한 필수 설계 원칙, 열 관리 전략 및 고급 기술을 분해합니다. 데이터 기반 비교, 공식 분해,그리고 업계의 최선 사례, 그것은 엔지니어와 디자이너를 장착하여 높은 전류 응용 프로그램에 대한 신뢰할 수 있고 고성능의 보드를 만듭니다.

주요 내용
1구리 두께는 중요합니다: 3 온스 구리 (105μm) 는 1 온스 (35μm) 보다 2배 더 많은 전류를 전달하고 동일한 흔적 너비에 40%의 열 상승을 줄입니다.
2흔적 폭은 IPC 표준을 따르고 있습니다: IPC-2221 공식 (또는 온라인 계산기) 을 사용하여 흔적을 크십시오. 예를 들어, 2 온스 구리 흔적은 5A에 20 밀리 폭이 필요합니다.
3열 관리는 협상 할 수 없습니다: 열 통 (0.2 ∼ 0.4mm 지름), 고 열 전도성 물질 (MCPCB) 및 열 방출기를 결합하여 온도를 <125 °C로 유지하십시오.
4제조 가능성 문제: 공급자 입력없이 너무 두꺼운 구리 (≥10oz) 를 피하십시오. 그것은 라미네이션 문제를 일으킬 수 있습니다. 정확성을 위해 IPC 610 클래스 3 인증 제조업체와 협력하십시오.
5첨단 기술은 성능을 향상시킵니다: 구리 버스바는 인덕턴스를 30% 감소시키며, 다층 설계는 4~12 층에 전류를 균등하게 분배합니다.

무거운 구리 PCB 를 이해

무거운 구리 PCB 는 무엇 입니까?
무거운 구리 PCB는 표준 PCB (1oz/35μm 또는 2oz/70μm) 와 비교하여 두꺼운 구리 층으로 정의됩니다. 이 추가 구리는 게시판을:
a. 과도한 열 없이 높은 전류 (50A ∼ 500A) 를 운반한다.
b. 표준 PCB보다 3~5배 더 빨리 열을 분산한다.
c. 기계적 스트레스 (예를 들어 EV의 진동) 및 열순환에 견딜 수 있다.

기본 정의 기준

무거운 구리 PCB 의 주요 이점
중량 구리 PCB는 고전력 시나리오에서 표준 PCB를 능가하며 4 가지 중요한 이점을 제공합니다.

중량 구리 PCB의 중요한 응용
무거운 구리 PCB는 높은 전류의 신뢰성이 협상 불가능한 산업에서 필수적입니다.

예를 들어: 테슬라의 모델 3 BMS는 400V+ 전류를 처리하기 위해 6온스 무거운 구리 PCB를 사용하며, 기존 모델에 비해 70%의 열 관련 고장을 줄였습니다.

무거운 구리 PCB에 대한 필수 설계 고려 사항
중량 구리 PCB 를 설계 하는 데 는 전류 용량, 열 관리 및 제조성 을 균형 잡아야 한다. 아래 에는 다루어야 할 가장 중요한 요소 들 이 있다.
1올바른 구리 두께 를 선택하는 것
구리 두께는 전류 운반 용량, 열 분산 및 제조 복잡성에 직접적인 영향을 미친다. 최적의 두께를 선택하려면 이 가이드를 사용하라:

구리 두께 대 성능

구리 를 측정 할 때 고려 해야 할 주요 요인
a.현재 요구 사항: 빠른 추정치에 대해 ¥500 원형 밀리 / 앰프 룰 (1 원형 밀리 = 0.001 밀리 2) 을 사용하십시오. 예를 들어, 5A는 2,500 원형 밀리 (20 밀리 너비 × 70μm / 2oz 두께) 를 필요로합니다.
b.열량 상승 한계: 산업 표준은 30 ~ 40 ° C의 열 상승을 허용합니다. 중요한 응용 프로그램 (예: 의료) 은 < 20 ° C가 필요합니다. 두꺼운 구리는 열 상승을 기하급수적으로 감소시킵니다.
c. 제조 가능성: 구리 ≥10oz는 설계 전에 공급업체와 확인하기 전에 전문 판화 (예를 들어, 랜트리 전류판화) 및 라미네이션이 필요합니다.
d.Cost: 각 온스 구리는 PCB 비용에 ~15~20%를 추가합니다. 비용을 절약하기 위해 과다 지정 (예를 들어, 10A 응용 프로그램에 6oz) 을 피하십시오.

도구 팁: 현재 흐름과 열 상승을 시뮬레이션하기 위해 ANSYS 또는 SolidWorks PCB를 사용하십시오.이 도구는 정확한 요구 사항에 대한 구리 두께를 최적화합니다.

2. 높은 전류에 대한 추적 너비 계산
흔적 너비는 무거운 구리 PCB의 가장 중요한 설계 매개 변수입니다. 너무 좁고 보드가 과열됩니다. 너무 넓고 공간을 낭비합니다. 정확성을 위해 IPC-2221 표준 공식을 따르십시오:

IPC-2221 추적 너비 공식
I=k×(ΔT 0.44)) ×W 1.0×t 0.725
어디:
I: 전류 (A)
ΔT: 허용 온도 상승 (°C)
W: 밀로에서 흔적 너비 (1 밀리 = 0.0254mm)
t: 구리 두께 1oz/ft2
k: 일정한 (보리 두께에 따라 달라집니다: 0.048 1oz, 0.064 2oz, 0.078 3oz)

예제 계산

중요 트레이스 디자인 팁
a.외부와 내부 흔적: 외부 흔적은 내부 흔적보다 30% 더 빨리 냉각됩니다 (공기에 노출됩니다).
b. 흔적 모양: 날카로운 각 (> 90°) 을 피하고, 전류 밀집을 줄이기 위해 둥근 모서리를 사용하십시오 (핫스팟을 유발합니다).
c.평행 흔적: 100A 이상의 전류의 경우 2~4개의 평행 흔적을 사용한다 (거리가 ≥3x의 흔적 너비) 를 사용하여 전류를 균등하게 분배한다.

3열 확장 및 스트레스 관리
중량 구리 PCB는 구리 (17ppm/°C) 와 FR4 (13ppm/°C) 사이의 열 팽창 계수 (CTE) 가 일치하지 않아 열 스트레스에 취약합니다. 이 스트레스는 탈 라미네이션, 패드 리프팅,특히 열순환 (-40°C ~ +125°C) 도중.

열 스트레스 를 줄일 수 있는 방법

데이터 포인트: 열 통로와 높은 Tg FR4를 가진 무거운 구리 PCB는 표준 설계보다 열 사이클 중에 60% 낮은 실패율을 가지고 있습니다.

4제조성을 보장합니다.
무거운 구리 PCB는 표준 보드보다 제조가 더 복잡합니다. 지연과 결함을 피하기 위해 다음 지침을 따르십시오.
a. 지나치게 두꺼운 구리 피하십시오: 구리 ≥ 10oz는 전문 래미네이션 (실공 압력 + 고 온도) 을 필요로하며 2 ~ 3 주로 납품 시간을 늘릴 수 있습니다.
b. 최소 흔적 간격: 3 온스 구리 (6 온스 1 온스 6 밀리) 를 위해 ≥ 10 밀리 간격을 사용하여 발열 중에 단회로를 방지하십시오.
c. 라미네이션 제어: 공급 업체와 협력하여 보트리 가전화 또는 수평 구리 침몰을 사용하여 균일한 구리 두께를 보장합니다.
d. 테스트를 위한 설계: 보드를 손상시키지 않고 연속성과 전류 흐름을 확인하기 위해 높은 전류 경로를 따라 테스트 포인트를 추가합니다.

중량 구리 PCB의 열 관리를 위한 최선의 방법
열은 고전류 PCB의 가장 큰 적입니다. 통제되지 않은 온도는 부품 수명을 줄이고 갑작스러운 고장을 유발합니다. 최적의 열 성능을 위해 이 네 가지 전략을 결합하십시오.

1열전도: 열분해의 기초
열 비아스는 구리로 덮인 작은 구멍 (0.2~0.4mm) 으로 상층에서 하층 (또는 바닥 평면) 으로 열을 전달합니다. 그들은 무거운 구리 PCB를 냉각하는 가장 비용 효율적인 방법입니다..

열통 설계 지침

열통 성능 비교

2고열전도성 물질
PCB 기판은 높은 전류 응용 용도로 표준 FR4에서 다음 재료로 열 분산 갱신하는 데 중요한 역할을합니다.

예를 들어: 4온스 구리 MCPCB는 동일한 50A 응용 프로그램에 표준 FR4 PCB에 비해 45%로 열 상승을 줄입니다.

3전략적 컴포넌트 배치
부품 레이아웃은 열 성능에 직접적으로 영향을 미칩니다. 뜨거운 구성 요소를 그룹화하는 것과 같은 일반적인 실수를 피하십시오.
a. 고전력 부품: 열 축적을 방지하기 위해 공간 MOSFET, IGBT 및 트랜스포머의 차이는 ≥5mm입니다.
b.별로 민감한 부품: 열 손상을 피하기 위해 제어 IC (예를 들어, 마이크로 컨트롤러) 를 고전류의 흔적에서 ≥10mm 떨어져 보관한다.
냉각 경로와 정렬: 열 전달을 극대화하기 위해 뜨거운 구성 요소를 열 통로 또는 금속 코어 위에 배치하십시오.
트레이스 교차를 피한다: 상호 가열을 줄이기 위해 90° (평행하지 않음) 에서 높은 전류의 흔적을 교차한다.

4히트 싱크 및 열 패드
전류 > 100A 또는 전력 소모가 > 5W의 부품에 대해서는 외부 냉각을 추가합니다.
a.열방울: 열성 패스트 (열전도: 1 ∼4 W/mK) 를 사용하여 알루미늄 또는 구리용 방울을 뜨거운 부품에 부착한다.
Tj=T a + ((R ja ×P)
여기서 Tj = 접합 온도, T a = 주변 온도, R ja = 열 저항 (°C/W), P = 전력 소모 (W).
b.열기 패드: 실리콘 또는 그래피트 열기 패드 (열전도: 1 ∼10 W/mK) 를 사용하여 구성 요소와 열 방출기 사이의 간격을 채우십시오. 불규칙한 표면에 이상적입니다.
c.강제 공기 냉각: 높은 실내 온도 (>40°C) 에서 작동하는 산업 장비에 팬을 추가합니다.

팁: 20mm × 20mm × 10mm 알루미늄 히트 싱크는 10W 부품의 접합 온도를 40°C로 감소시킵니다.

고전류 애플리케이션을 위한 첨단 기술
극한 전류 (100A+) 또는 복잡한 설계에 대해 이러한 고급 방법을 사용하여 성능과 신뢰성을 높입니다.

1낮은 인덕턴스 전류 흐름을위한 구리 버스 바
구리 버스바는 초고 전류를 운반하기 위해 PCB에 통합된 두꺼운 평평한 구리 스트립 (310mm 너비, 13mm 두께) 이다. 그들은 세 가지 주요 장점을 제공합니다:
a. 낮은 인덕턴스: EV 인버터에 중요한 표준 추적량에 비해 전압 스파이크와 EMI를 30% 감소시킵니다.
b.대전 용량: 10mm × 2mm 구리 버스바는 40°C의 열 상승으로 200A를 운반한다.
c. 단순화된 조립: 여러 평행 궤도를 하나의 버스바로 대체하여 용접점과 고장 위험을 줄입니다.

구리 버스 바 디자인 팁
a. 두께: 저항을 최소화하기 위해 100A 이상의 전류에 ≥1mm 두께를 사용한다.
b.착착: 단회로를 피하기 위해 고립 된 정지로 버스바를 고정하십시오.
c. 플래팅: 산화 방지 및 용접성을 향상시키기 위해 진이나 니켈로 판.

2안전한 연결을 위한 터미널 블록
터미널 블록은 고전류 전선 (예를 들어, 10AWG4AWG) 에 대한 안전하고 신뢰할 수있는 연결을 제공합니다.
a.상급 전류: 최대 전류의 1.5배가량인 전류 블록을 선택한다 (예를 들어, 50A 애플리케이션을 위한 75A 블록).
b. 와이어 가이드: 블록 크기와 와이어 두께를 일치시킨다 (예를 들어, 6AWG 와이어에는 16mm2 용량의 단말 블록이 필요하다).
장착: 진동 저항을 위해 나사 또는 스프링 클램프 단말기를 사용하십시오 (전기차 및 산업 장비에 중요합니다).

3다층 중형 구리 PCB
다층 설계 (4 ∼ 12 층) 는 여러 구리 층에 전류를 분배하여 흔적 너비와 열 상승을 줄입니다. 주요 설계 원칙:
a.전력 및 지상 평면: 전류를 균일하게 퍼뜨리기 위해 전력/지상 평면으로 2~4층을 사용한다.
레이어 스택: 구리 층을 대칭적으로 배치하십시오 (예를 들어, 전력 → 신호 → 지상 → 신호 → 전력) 왜곡을 줄이기 위해.
c.Via Stitching: 전력 / 지상 비행기를 vias (0.3mm, 50mil pitch) 로 연결하여 전류 분포를 개선하고 인덕턴스를 줄이십시오.

예제: 4온스 전력 평면으로 6층 중량 구리 PCB는 30°C의 열 상승과 함께 150A를 운반합니다. 2층 보드는 실용적으로 넓은 흔적 (100 밀리 +) 으로만 달성 할 수 있습니다.

왜 전문 중량 구리 PCB 제조업체와 협력해야 하는가
무거운 구리 PCB를 설계하는 것은 전투의 절반에 불과합니다. 제조의 정확성은 중요합니다.
a.IPC 인증: IPC 610 클래스 3 (최고 품질) 및 IPC 2221의 추적 크기의 준수.
b.특별 장비: 갱트리 전류, 진공 라미네이션 및 작은 비아에 대한 레이저 드릴링.
c.물질 전문성: MCPCB, 구리 기판 및 두꺼운 구리 (20oz까지) 에 대한 경험.
d. 테스트 능력: 열영상, 전류 흐름 테스트 및 성능을 검증하기 위한 열 사이클링.
e. 사용자 정의: 구리 두께, 용매 마스크 및 마무리 (ENIG, HASL) 를 응용 프로그램에 맞게 조정 할 수 있습니다.

사례 연구: 재생 에너지 회사와 IPC 610 클래스 3 제조업체와 파트너십을 맺고 태양광 인버터에 6온스 무거운 구리 PCB를 생산했습니다.보드는 열과 관련된 고장을 80% 감소시키고 인버터 효율을 3% 향상 시켰습니다..

FAQ: 무거운 구리 PCB 에 관한 일반적인 질문
1중량 구리 PCB의 최대 구리 두께는 무엇입니까?
대부분의 제조업체는 극단적인 응용 프로그램 (예를 들어, 군사 레이더, 용접 장비) 을 위해 최대 20oz (700μm) 구리를 제공합니다.더 두꺼운 구리 (> 20oz) 는 가능하지만 사용자 정의 도구와 더 긴 납품 시간이 필요합니다..

2무거운 구리 PCB는 고 주파수 응용 프로그램에서 사용될 수 있습니까?
예 뚱뚱한 구리는 임피던스를 감소시킵니다 (고주파 신호에 중요한), 그러나 신호 손실을 피하기 위해 신중한 추적 설계가 필요합니다. 임피던스 계산기를 사용하십시오.극지 기기) 를 통해 50Ω/75Ω 임피던스를 위한 트랙 너비와 간격을 최적화 할 수 있습니다..

3무거운 구리 PCB의 비용과 성능을 어떻게 균형 잡을 수 있을까요?
a. 현재 요구 사항에 필요한 최소 구리 두께를 사용하십시오 (예: 30A에 6oz 대신 3oz).
b.> 100A가 필요하지 않는 한 4~6층으로 다층 설계를 제한한다.
c.비용에 민감한 프로젝트에 구리 MCPCB 대신 FR4 또는 알루미늄 MCPCB를 선택하십시오.

4중량 구리 PCB의 일반적인 고장이 무엇입니까?
a. 델라미네이션: 부적절한 라미네이션 (불충분한 압력/온도) 또는 과도한 구리 두께로 인해 발생합니다.
b. 패드 리프팅: CTE 불일치로 인한 열 스트레스로 인해 눈물 패드와 열 비아로 해결됩니다.
c. 에쓰링 오류: 두꺼운 구리의 부진 또는 과잉 에쓰링은 제어 된 에쓰링 프로세스를 가진 제조자를 사용합니다.

결론: 중량 구리 PCB ‧ 고전력 전자제품의 척추

전자제품이 더 높은 전류와 더 높은 신뢰성을 요구함에 따라 EV에서 재생 에너지 시스템에 heavycopper PCB가 필수적입니다.효율적으로 열을 분산, 그리고 가혹한 조건에 견딜 수 있어 고전력 애플리케이션에 가장 좋은 선택이 됩니다.
성공적인 중량 구리 PCB 설계의 열쇠는 다음과 같습니다.
a.현재 용량과 비용을 균형을 맞추기 위해 적절한 크기의 구리 두께.
b. 과열을 피하기 위해 IPC 표준을 사용하여 정확한 추적 너비 계산.
전체적인 열관리 (열관, 고열소재, 방광)
d. 제조 가능성 IPC 인증 공급 업체와 파트너십을 맺어 결함을 피합니다.

앞으로, 무거운 구리 PCB는 청정 에너지와 전기 이동에 대한 전환에서 더욱 큰 역할을 할 것입니다.더 높은 전도성 구리 합금과 통합 냉각 시스템은 크기와 비용을 줄이는 동시에 성능을 더욱 향상시킬 것입니다..

엔지니어와 디자이너들에게 무거운 구리 PCB 디자인을 마스터하는 것은 더 이상 선택이 아닙니다. 그것은 고전력 전자 시장에서 경쟁력을 유지하기 위해 필수적입니다.이 안내서 에서 제시 된 원칙 을 따를 때, 당신은 신뢰할 수 있고 효율적이며 내일의 기술의 요구에 맞게 만들어진 보드를 만들 수 있습니다.