고전류 전자 제품을 위한 중동 구리 PCB 생산 기술: 발전

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구리 흔적과 두께가 3oz (105μm) 이상인 평면으로 정의 된 무거운 구리 PCB는 고출력 전자 시스템의 중추입니다. 전기 자동차 (EV) 인버터에서 산업용 모터 컨트롤러에 이르기 까지이 특수 회로 보드는 현대 전력 전자 장치에 필요한 전류 운반 용량 및 열 성능을 제공합니다. 에너지 밀도가 높은 장치에 대한 수요가 증가함에 따라, 무거운 구리 생산 기술의 발전은 기능을 확장하여 현재 등급이 높고 신뢰성이 향상된 더 얇은 보드를 가능하게합니다.

이 안내서는 중장비 PCB의 최신 생산 기술, 표준 구리 설계에 대한 주요 장점 및 제조업체가 고출력 응용 프로그램의 요구를 충족시키기 위해 전통적인 과제를 극복하는 방법을 살펴 봅니다.

주요 테이크 아웃
1. 헤비 구리 PCB (3oz+)는 표준 1OZ 구리 PCB보다 2–5 배 더 많은 전류를 처리하며 열 소산을위한 40–60% 더 우수한 열전도율이 향상됩니다.
2. 공급 된 도금 기술 (직접 금속 화, 펄스 도금)은 이제 50a+ 전력 경로에 중요하며 대형 패널에 걸쳐 균일 한 구리 두께 (± 5%)를 달성합니다.
3. LASER ABLATION 및 PLASMA ETCHING은 무거운 구리 설계에서 더 미세한 트레이스 폭 (0.2mm)을 가능하게하여 신호 무결성과 고전류 용량의 균형을 유지합니다.
4. 헤비 구리 PCB의 생산 비용은 표준 PCB보다 2-4 배 높지만 내구성은 더 긴 수명 및 방열판을 통해 시스템 비용을 15-25% 감소시킵니다.

무거운 구리 PCB는 무엇입니까?
헤비 구리 PCB는 3oz (105μm)에서 시작하는 두께가있는 구리 트레이스, 평면 및 VIA를 특징으로하며, 극한의 고전력 적용을 위해 최대 20oz (700μm)까지 연장됩니다. 이 두꺼운 구리는 두 가지 중요한 이점을 제공합니다.
1. 전류 용량의 높이 : 두꺼운 구리는 저항 (Ohm 's Law)을 줄여서 과열없이 30-200A 전류를 허용합니다. 3oz 구리 트레이스 (105μm)는 30a를 처리하고 10oz 트레이스 (350μm)는 같은 너비에서 80a를 전달합니다.
2. Superior 열전도율 : 구리의 높은 열전도율 (401 w/m · k)은 전력 성분 (예 : IGBT, MOSFET)으로부터 열을 퍼뜨려 30-50 ° C만큼 핫스팟을 줄입니다.
이러한 특성으로 인해 EV, 재생 가능 에너지 시스템 및 산업 기계 (전력 밀도 및 신뢰성)에서는 무거운 구리 PCB가 필수 불가능합니다.

무거운 구리 PCB를위한 생산 기술
무거운 구리 PCB를 제조하려면 정밀도를 유지하면서 두꺼운 구리를 처리하기 위해 특수한 공정이 필요합니다. 다음은 생산을 주도하는 주요 기술입니다.
1. 구리 증착 : 두껍고 균일 한 층을 구축합니다
두꺼운 구리 PCB 생산에서 두꺼운 구리를 균일하게 퇴적하는 것은 가장 중요한 과제입니다. 전통적인 전기 도금은 두께 일관성으로 어려움을 겪지 만 고급 방법은 다음을 해결했습니다.
A. 펄스 도금 : 연속 DC 대신 펄스 전류 (온/오프 사이클)를 사용하여 "가장자리 빌드 업"(추적 가장자리에서 더 두꺼운 구리)를 줄입니다. 이것은 18 "× 24"패널에서 ± 5% 두께 균일 성을 달성합니다. 기존 도금으로 ± 15%. 펄스 도금은 3-10oz 구리에 이상적이며 증착 속도는 20μm 시간/시간입니다.
B. 지향적 금속 화 : 전도성 폴리머를 사용하여 구리를 유전체에 직접 결합시키는 전통적인 전기 전기 구리 종자 층을 우회한다. 이는 10-20oz 구리 설계에서 접착 문제를 제거하여 박리를 40%감소시킵니다.
C. AMAMINATED 구리 호일 : 초 두께 구리 (10–20oz)의 경우 사전 라미네이트 구리 호일 (프레스에서 유전체에 결합) 도금을 대체합니다. 이 방법은 20oz 설계에 대해 생산 시간을 50% 줄이지 만 0.5mm+로 미세를 제한합니다.

2. 에칭 : 두꺼운 구리의 정밀도
흔적을 형성하기 위해 두꺼운 구리 (≥3oz)를 에칭하는 것은 표준 1oz 구리보다 더 공격적인 공정이 필요합니다.
A.Plasma Etching : 이온화 된 가스 (O₂, CF₄)를 ​​사용하여 구리를 에칭하여 3-5oz 설계에서 미세한 트레이스 폭 (0.2mm)을 달성합니다. 플라즈마 에칭은 화학 에칭보다 2 배 느리지 만 저항 아래의 과잉 에칭 (과잉 에칭)을 70%감소시켜 폭이 정확도가 전류 용량에 영향을 미치는 고전류 트레이스의 경우 중요합니다.
B. LASER ABLATION : 5-10oz 구리의 경우, 레이저 (CO₂ 또는 섬유)는 저항없이 구리를 선택적으로 제거하여 복잡한 패턴을 생성합니다 (예 : 0.3mm 간격으로 0.3mm 트레이스). 레이저 절제는 고가의 포토 마스크를 피하기 때문에 프로토 타입 또는 저용량 실행에 이상적입니다.
C. 화학 에칭 (Enhanced) : 변형 된 에칭 (첨가제와 함께 염화 제 2 철)은 3-5oz 구리의 에칭 속도를 높이고 스프레이 압력이 고르지 않도록 최적화되었습니다. 이것은 대량의 높은 생산을위한 가장 비용 효율적인 방법으로 남아 있습니다.

3. 충전 및 도금을 통해 : 고전류 연결 보장
무거운 구리 PCB의 vias는 채워 지거나 두껍게 도금 된 배럴이 필요한 큰 전류를 가지고 있어야합니다.
A. COPPER를 통한 COPPER : 전기 도금은 VIA를 구리로 완전히 채우고 20-50A (표준 도금 VIA의 경우 10-20A)를 처리하는 고체 도체를 만듭니다. 충전 된 VIA는 또한 열전도율을 향상시켜 내부 층에서 외부 평면으로 열을 전달합니다.
B. 도금을 통한 높은 두께 : VIA가 너무 커서 채우기에는 75–100μm 구리 (3–4 배 표준 두께)로 도금하면 전류 용량이 보장됩니다. 펄스 도금은 여기에서 균일 한 배럴 두께를 유지하기 위해 사용되어 과열을 일으키는 "넥킹 (넥싱) (얇은 섹션)을 방지합니다.

4. 라미네이션 : 박리없이 결합 층
무거운 구리 PCB는 종종 다층 설계를 사용하여 층 분리를 방지하기 위해 강력한 라미네이션이 필요합니다.
A. 제어 압력 라미네이션 : 프로그래밍 가능한 압력 프로파일 (300-500psi로 점진적으로 증가)으로 누르면 10oz+ 구리로도 구리와 유전체 사이의 적절한 결합을 보장합니다. 이는 탈선을 표준 라미네이션 대 60% 감소시킵니다.
B. 하이 -High-TG 유전체 : 유리 전이 온도 (TG) ≥170 ° C (표준 FR4의 경우 130 ° C)를 갖는 FR4는 무거운 구리에 의해 생성 된 더 높은 온도를 견딜 수 있으며, 라미네이션 및 작동 중 수지 분해를 방지합니다.

고급 헤비 구리 생산 기술의 장점
이러한 제조 발전은 무거운 구리 PCB의 새로운 기능을 잠금 해제했습니다.

1. 더 높은 전류 밀도
더 미세한 흔적,보다 전류 : 레이저 절제 및 플라즈마 에칭은 3oz 구리에서 0.2mm 추적을 가능하게합니다. 이를 통해 0.2mm 트레이스에서 30A를 허용하여 Compact EV 배터리 관리 시스템 (BMS)에 더 많은 전원 경로를 장착합니다.
단면적 감소 : 고급 도금은 균일 한 두께를 달성하므로 설계자는 공간을 절약하기 위해 더 얇은 트레이스 (동일한 전류 용량)를 지정할 수 있습니다. 5oz 구리 트레이스는 이제 7oz 트레이스를 대체하여 보드 중량을 15%줄일 수 있습니다.

2. 열 성능 향상
더 나은 열 확산 : 균일 한 구리 평면 (펄스 도금을 통해 달성)은 불균일 한 층보다 40% 더 균등하게 열을 퍼뜨려 100A+ 산업용 모터 드라이브에서 핫스팟을 제거합니다.
통합 방열판 : 두꺼운 구리 비행기는 내장 방열판으로 작용하여 외부 냉각의 필요성을 줄입니다. 태양열 인버터의 10oz 구리 PCB는 15 달러의 방열판, 절단 시스템 비용을 제거합니다.

3. 신뢰성 향상
피로 감소 : 직접 금속화는 구리 접착력을 향상시켜 흔적에 더욱 저항력을 갖습니다 (20g) 및 열 사이클링 (-40 ° C ~ 125 ° C). 이로 인해 자동차 애플리케이션에서 수명이 2-3 배 늘어납니다.
실패 위험 : 충전 된 VIAS는 아크를 유발하는 공극 (공기 주머니)을 제거하여 고전압 (600V+) 시스템에서 전계 고장을 50% 줄입니다.

무거운 구리 PCB의 응용
고급 생산 기술은 산업 전반에 걸쳐 중대한 구리 PCB 사용 사례를 확대했습니다.
1. 전기 자동차 (EVS) 및 하이브리드 EV
인버터 : 100-300A를 처리하기 위해 3-10oz 구리 트레이스를 사용하여 모터의 DC 배터리 전원을 AC로 변환합니다. 펄스 도금 구리는 균일 한 전류 분포를 보장하여 과열을 방지합니다.
배터리 관리 시스템 (BMS) : 5oz 구리 트레이스 배터리 셀을 연결하여 충만한 VIA를 통해 소형 모듈에서 고전류 밸런싱 (20a)을 가능하게합니다.

2. 재생 에너지
태양열 인버터 : 7–10oz 구리 PCB는 태양 전지판에서 50–100A를 처리하며 두꺼운 구리 평면은 전력 반도체에서 열을 방출합니다.
풍력 터빈 컨트롤러 : 10-15oz 구리는 터빈 피치 컨트롤의 150A 전류를 견뎌냅니다.

3. 산업 기계
모터 드라이브 : 가변 주파수 드라이브 (VFD)의 3-7oz 구리 PCB는 30-80A를 운반하며 플라즈마 에칭 트레이스가 꽉 인클로저에 맞습니다.
용접 장비 : 15–20oz 구리는 용접 전원 공급 장치의 200a+ 전류를 처리하여 직접 금속 화를 사용하여 고열에서 박리를 방지합니다.

4. 항공 우주 및 방어
전력 분배 장치 (PDU) : 항공기의 5–10oz 구리 PCB는 50-100a를 분배하며, 충전 된 VIA는 40,000 피트의 고도에서 신뢰성을 보장합니다.
레이더 시스템 : 헤비 구리 비행기는 고전력 송신기의 전력 도체 및 방열판으로 작용하여 전통적인 디자인 대 중량을 20% 감소시킵니다.

비용 고려 사항 및 ROI
중장비 PCB는 특수 재료 및 공정으로 인해 표준 1OS PCB보다 2–4 배 더 비쌉니다. 그러나 총 소유 비용은 종종 더 낮습니다.
A. 감소 된 구성 요소 비용 : 통합 열 확산은 고출력 설계에서 20 개의 방열판을 제거합니다.
B. Longer 수명 : 2-3 배 더 긴 운영 수명이 산업 및 항공 우주 시스템의 교체 비용을 줄입니다.
C. SMALLER FOOTPRINT : 전류 밀도가 높을수록 보드 크기가 20-30%줄어 인클로저 및 운송 비용 절감.
예 : 5oz Copper EV Inverters 비용의 1000 단위 실행 (1oz PCB보다 20,000 명 이상)은 방열판에서 30,000, 보증 청구의 15,000 개 (네트 팅) 25,000 절약.

FAQ
Q : 무거운 구리 PCB의 최대 구리 두께는 얼마입니까?
A : 상업용 생산은 최대 20oz (700μm)를 지원하지만, 맞춤형 디자인은 전문 군용 응용 프로그램의 경우 30oz (1050μm)에 도달 할 수 있습니다.

Q : 헤비 구리 PCB가 고속 신호를 지원할 수 있습니까?
A : 예-Plasma Etching은 제어 된 임피던스 (50Ω/100Ω)로 0.2mm 추적을 가능하게하여 전력 전자 공학 시스템에서 1-10gbps 신호에 적합합니다 (예 : EV 캔 버스).

Q : 무거운 구리 PCB는 어떻게 열 사이클링을 처리합니까?
A : 고급 라미네이션 및 직접 금속화는 구리 전기 응력을 감소시켜 탈선없이 1,000+ 열 사이클 (-40 ° C ~ 125 ° C)을 허용합니다.

Q : Heavy Copper PCBS는 무연 납땜과 호환됩니까?
A : 그렇습니다-하이 -TG 유전체 및 강력한 구리 접착력은 260 ° C의 실수가없는 리플 로우 온도를 견딜 수 없습니다.

Q : 무거운 구리 PCB의 전형적인 리드 타임은 무엇입니까?
A : 프로토 타입 (3-5oz)의 경우 4-6 주, 대량 생산 (5–10oz)의 경우 6-8 주. 초 두께 (15–20oz) 설계는 특수 라미네이션으로 인해 8-10 주가 걸릴 수 있습니다.

결론
헤비 구리 PCB의 생산 기술은 극적으로 발전하여 고전력 적용을위한 더 얇고 신뢰할 수 있으며 고성능 보드를 가능하게했습니다. 균일 한 두께에 대한 펄스 도금에서 미세한 흔적을위한 레이저 절제에 이르기까지 이러한 혁신은 EV, 재생 에너지 및 산업 시스템 (전력 밀도 및 내구성이 중요합니다.
무거운 구리 PCB는 선불 비용이 더 높지만 시스템 크기를 줄이고 방열판을 제거하며 수명을 연장하는 능력은 장기 신뢰성을위한 비용 효율적인 선택입니다. 고전류 전자 제품에 대한 수요가 증가함에 따라, 증착, 에칭 및 라미네이션의 추가 발전은 무거운 구리 PCB가 달성 할 수있는 것의 경계를 계속해서 전력 전자 장치의 기초 기술로서의 장소를 분류 할 것입니다.