I. Eerst begrijpen: Waarom kiezen voor een dikke koperen PCB? (30 seconden introductie)

Dikke koperen PCB's, simpel gezegd, zijn printplaten met een koperfoliedikte van ≥ 3oz (1oz ≈ 35μm). Ze worden vaak aangetroffen in "high-power, high-heat-dissipation" scenario's zoals industriële voedingen, nieuwe energievoertuigen en medische apparatuur—bijvoorbeeld, oplaadpalen voor nieuwe energievoertuigen moeten bestand zijn tegen hoge stroompieken. Gewone dunne koperen platen zijn gevoelig voor oververhitting en doorbranden. Dik koper fungeert als een "snelweg in het circuit", die snel stroom en warmte afvoert, en ook de mechanische sterkte van de printplaat verbetert (buigweerstand, trillingsbestendigheid). Dik koper is echter niet "hoe dikker hoe beter". Onjuist ontwerp kan leiden tot problemen zoals "ongelijke warmteafvoer, slechte soldeerverbindingen en stijgende kosten." Dit is de kernkwestie waar we ons vandaag op zullen concentreren: hoe aan prestatie-eisen te voldoen en tegelijkertijd de produceerbaarheid (DFM) te waarborgen?

II. Belangrijke overwegingen voor het ontwerp van dikke koperen PCB's (Eerste stap om valkuilen te vermijden)

1. Selectie van koperfoliedikte: Ga niet blindelings voor "hoe dikker hoe beter". Belangrijk principe: De stroomsterkte bepaalt de koperdikte. Een vereenvoudigde formule is: Toegestane stroom (A) ≈ Koperfoliedikte (oz) × Spoorbreedte (mm) × 0,8 (Omgevingstemperatuur ≤40℃). Voorbeeld: 3oz koperfolie + 3mm breed spoor kan ongeveer 7,2A stroom verdragen, voldoende voor de meeste industriële voedingsscenario's. Valkuil: Koper van meer dan 10oz kan PCB-buiging en boorproblemen veroorzaken. Tenzij er speciale eisen zijn (zoals lucht- en ruimtevaartapparatuur), geef dan prioriteit aan de gangbare specificatie van 3-6oz.

2. Spoorontwerp: Vermijd "smalle nekverwarming" en zorg voor een soepele stroom. Spoorbreedte: Dikke koperen sporen mogen niet te smal zijn! Voor 3oz koperfolie is de minimaal aanbevolen spoorbreedte ≥0,3 mm (0,1 mm is voldoende voor gewoon dun koper). De breedte moet evenredig toenemen met de stroom (bijv. voor 6oz koperfolie die 10A stroom voert, is de aanbevolen breedte ≥5 mm).

Spoortransitie: Vermijd plotselinge vernauwing/verbreding (bijv. abrupt van 5 mm naar 1 mm). Gebruik een "geleidelijke overgang" (lengte ≥ 3 keer het breedteverschil), anders ontstaat er een "stroombottleneck", die lokale oververhitting en doorbranden veroorzaakt. Optimalisatie van warmteafvoer: Gebruik onder high-power apparaten (zoals MOSFET's) "koperbeplating + thermische vias" (via diameter 0,8-1,2 mm, afstand 2-3 mm) om warmte snel naar het ground/power plane te laten geleiden.

3. Via-ontwerp: Een "fatale fout" van dikke koperen platen—let goed op! Via-diameter: De koperlaag op de via-wand van een dikke koperen plaat moet overeenkomen met de dikte van de koperfolie. Een standaard via-diameter van 0,4 mm is onvoldoende voor het beplaten van 3oz koperfolie. Een minimale via-diameter van ≥0,8 mm (met een koperwanddikte ≥20μm) wordt aanbevolen.

Aantal vias: Gebruik geen enkele via op high-current paden! Als bijvoorbeeld een 3oz koperfolie 5A stroom voert, wordt aanbevolen om 2-3 vias parallel te gebruiken (elke via kan ongeveer 2-3A stroom verdragen) om te voorkomen dat de via oververhit en smelt.

Solder mask opening: Voldoende solder mask openingen (0,2-0,3 mm groter dan de via-diameter) moeten rond de via worden voorzien om te voorkomen dat soldeer de via verstopt tijdens het solderen, wat de warmteafvoer en geleidbaarheid zou beïnvloeden.

III. DFM-ontwerp voor dikke koperen PCB's: Fabrieken in staat stellen om "met minder herbewerking te produceren"

De kern van DFM (Design for Manufacturability) is "ontwerp moet zich aanpassen aan productieprocessen." DFM voor dikke koperen PCB's richt zich op het oplossen van de "procesuitdagingen die dik koper met zich meebrengt":

1. Koperfolie-etsen: Ongelijkmatig etsen vermijden. Minimale lijnbreedte/afstand: Voor 3oz koperfolie is de minimale lijnbreedte ≥ 0,3 mm en de minimale lijnafstand ≥ 0,3 mm (0,1 mm is voldoende voor dun koper); voor 6oz koperfolie wordt een lijnbreedte/afstand ≥ 0,4 mm aanbevolen, anders is de kans groot dat er "onjuiste lijnbreedte" en "kortsluitingen" optreden tijdens het etsen.
2. Koper leggen met openingen: Gebruik voor koperlegging over grote oppervlakken "grid koperlegging" (grid-afstand 2-3 mm, lijnbreedte 0,2-0,3 mm) om koperfoliekrimp tijdens het etsen te voorkomen, wat PCB-buiging kan veroorzaken; als massieve koperlegging vereist is, moeten "warmteafvoersleuven" (0,5 mm breedte, 10-15 mm afstand) worden gereserveerd.

2. Laminatieproces: Om "delaminatie en bellen" te voorkomen, moet de laminatiesequentie als volgt zijn: Dikke koperfolie moet op de "buitenlaag" of "dicht bij de buitenlaag" worden geplaatst om te voorkomen dat deze in het midden wordt geplaatst en warmteafvoer te voorkomen; de koperfoliedikte van de meerlaagse plaat moet symmetrisch zijn (bijv. 3oz voor de bovenste laag en 3oz voor de onderste laag), anders treedt er kromtrekken op na laminatie. Substraatselectie: Geef prioriteit aan substraten met een hoge Tg (Tg≥170℃), zoals FR-4 Tg170 of PI-substraten, om verzachting en delaminatie van het substraat tijdens solderen bij hoge temperaturen te voorkomen (de soldeertemperatuur van dikke koperen platen is meestal 10-20℃ hoger dan die van dun koper).

3. Soldeerproces: Selectie van "hoge thermische geleidbaarheid" apparaten die geschikt zijn voor dik koper: Geef prioriteit aan "high-power packages" (zoals TO-220, D2PAK) om te voorkomen dat kleine verpakte apparaten op dik koper worden gesoldeerd, waar warmte niet kan worden afgevoerd en het soldeer smelt. Pad-ontwerp: Pads op dik koper moeten 0,2-0,3 mm groter zijn dan gewone pads. De pads voor een 0805-weerstand zijn bijvoorbeeld typisch 0,8×1,2 mm, maar voor dik koper wordt 1,0×1,5 mm aanbevolen om een sterke soldeerverbinding te garanderen. Reflow-soldeerparameters: Dik koper absorbeert meer warmte, dus de reflow-soldeertemperatuur moet passend worden verhoogd (5-10℃ hoger dan voor dun koper) en de houdduur met 10-15 seconden worden verlengd om "koude soldeerverbindingen" te voorkomen.

4. Kostenbeheersing: De verborgen waarde van DFM (Design for Manufacturing) - Over-ontwerp vermijden: Gebruik bijvoorbeeld 1-2oz koperfolie in gebieden waar geen hoge stroom vereist is, en gebruik alleen dik koper in kritieke paden om materiaalkosten te verlagen; Gestandaardiseerde afmetingen: Gebruik zoveel mogelijk fabrieksstandaard plaatdiktes (bijv. 1,6 mm, 2,0 mm). Speciale plaatdiktes (bijv. 3,0 mm en hoger) verhogen de verwerkingsmoeilijkheden en kosten; Vroege communicatie: Bevestig de procesmogelijkheden met de PCB-fabrikant vóór het ontwerp (bijv. maximale koperdikte, minimale gatdiameter, etsprecisie) om ontwerpen te voorkomen die na voltooiing niet kunnen worden vervaardigd.

IV. Samenvatting:

Ontwerp van dikke koperen PCB's: "3 Kernelementen"
Koperdikte afstemmen op stroom: Vermijd blindelings de dikte te verhogen; selecteer gangbare specificaties van 3-6oz op basis van stroomvereisten; Risicobeperking door details: Geleidelijke spoortransities, parallelle vias en conforme spoorbreedte/afstand; DFM-prioriteit: Overweeg ets-, laminatie- en soldeerprocessen tijdens het ontwerp om herbewerking te verminderen. Het ontwerp van dikke koperen PCB's lijkt misschien complex, maar door de twee kernelementen "stroomgeleiding" en "procescompatibiliteit" te begrijpen, kunnen de meeste valkuilen worden vermeden.