ความหนาทองแดง PCB สูง: ข้อผิดพลาดคืออะไร?

เราจำเป็นต้องมีกระแสสูงบน PCB (~ 30 แอมป์ต่อเนื่อง) ดังนั้นเราจึงมีแนวโน้มที่จะสั่งซื้อ PCB ของเราที่มีความหนาทองแดงสูง จนถึงตอนนี้เราใช้เพียง 35 ไมครอน (1 ออนซ์) ในการออกแบบของเราดังนั้น 'ความหนาสูง' สำหรับเราหมายถึง 70 (2 ออนซ์) หรือ 105 (3 ออนซ์)

เราไม่รู้ว่าอะไรคือสิ่งที่ต้องระวังด้วยความหนาของทองแดง เราขอขอบคุณประสบการณ์ใด ๆ เนื่องจากนี่เป็นหัวข้อที่กว้างมากฉันจะดำเนินการต่อและถามคำถามเฉพาะ:

1. ปรากฏว่าสำหรับโรงงานผลิตจำนวนมากนั้นมีความสูงถึง 105 ไมครอน ถูกต้องหรือว่ามีความหนามากกว่า

2. ทองแดงในชั้นในสามารถหนาได้เหมือนทองแดงที่ด้านบนและด้านล่างของบอร์ดหรือไม่?

3. ถ้าฉันผลักกระแสผ่านกระดานหลายเลเยอร์จำเป็นหรือไม่ (หรืออาจเป็นไปได้?) เพื่อกระจายกระแสเท่า ๆ ที่เป็นไปได้ทั่วทั้งชั้น?

4. เกี่ยวกับกฎ IPC เกี่ยวกับความกว้างของการติดตาม: พวกเขามีชีวิตจริงหรือไม่? สำหรับ 30 แอมป์และอุณหภูมิสูงขึ้น 10 องศาถ้าฉันอ่านกราฟอย่างถูกต้องฉันต้องการความกว้างของร่องรอยประมาณ 11 มม. ที่ชั้นบนหรือล่าง

5. เมื่อทำการเชื่อมต่อกับร่องรอยที่มีกระแสสูงหลาย ๆ ชั้นวิธีปฏิบัติที่ดีกว่าคือการวางอาร์เรย์หรือกริดของจุดแวะใกล้กับแหล่งกำเนิดปัจจุบันหรือวางจุดต่าง ๆ ตลอดเส้นทางที่มีกระแสสูง

ฉันไปเกมช้า แต่ฉันจะให้มันยิง:

1- ดูเหมือนว่าสำหรับโรงงานผลิตจำนวนมากนั้นมีความสูง 105 ไมครอน ถูกต้องหรือว่ามีความหนามากกว่า

ร้านค้า fab บางแห่งสามารถเพิ่มเลเยอร์ภายใน การแลกเปลี่ยนมักจะมีความอดทนมากขึ้นในความหนาโดยรวมของคณะกรรมการเช่น 20% แทน 10% ค่าใช้จ่ายที่สูงขึ้นและวันที่จัดส่งภายหลัง

2- ทองแดงในชั้นในสามารถหนาได้เช่นเดียวกับทองแดงที่ด้านบนและด้านล่างของบอร์ดหรือไม่?

ใช่แม้ว่าเลเยอร์ด้านในจะไม่กระจายความร้อนเช่นเดียวกับเลเยอร์ด้านนอกและหากคุณใช้การควบคุมอิมพีแดนซ์พวกเขามีแนวโน้มที่จะเป็นเส้นกว่า microstrips (นั่นคือใช้ระนาบอ้างอิงสองอันแทนหนึ่ง) Striplines นั้นยากกว่าในการรับความต้านทานเป้าหมาย microstrips บนเลเยอร์ด้านนอกสามารถชุบได้จนกว่าอิมพีแดนซ์จะอยู่ใกล้พอ แต่คุณไม่สามารถทำเช่นนั้นกับเลเยอร์ภายในหลังจากเลเยอร์เคลือบด้วยกัน

3- ถ้าฉันใช้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านเลเยอร์ของบอร์ดหลาย ๆ อันจำเป็นหรือไม่ (หรือเป็นไปได้?) เพื่อกระจายกระแสเท่า ๆ ที่เป็นไปได้ทั่วทั้งชั้น?

ใช่เป็นที่ต้องการ แต่ก็ยากเช่นกัน โดยทั่วไปแล้วสิ่งนี้จะกระทำกับระนาบกราวด์เท่านั้นโดยการเย็บจุดจบและกำหนดให้รูและจุดเชื่อมต่อนั้นเชื่อมต่อกับระนาบทั้งหมดของตาข่ายเดียวกัน

4- เกี่ยวกับกฎ IPC เกี่ยวกับความกว้างของการติดตาม: พวกเขามีชีวิตจริงหรือไม่? สำหรับ 30 แอมป์และอุณหภูมิสูงขึ้น 10 องศาถ้าฉันอ่านกราฟอย่างถูกต้องฉันต้องการความกว้างของร่องรอยประมาณ 11 มม. ที่ชั้นบนหรือล่าง

มาตรฐาน IPC ใหม่กับกำลังการผลิตปัจจุบัน (IPC-2152) ถือได้ดีในชีวิตจริง อย่างไรก็ตามอย่าลืมว่ามาตรฐานไม่ได้คำนึงถึงร่องรอยในบริเวณใกล้เคียงซึ่งก่อให้เกิดความร้อนในปริมาณใกล้เคียงกัน สุดท้ายตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าตกที่ร่องรอยของคุณเช่นกันเพื่อให้แน่ใจว่าเป็นที่ยอมรับ

นอกจากนี้มาตรฐานไม่ได้คำนึงถึงความต้านทานที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากผลกระทบทางผิวหนังสำหรับวงจรความถี่สูง (เช่นวงรอบการสลับกำลัง) ความลึกของผิว 1 MHz นั้นมีความหนาประมาณ 2 ออนซ์ (70 µm) ทองแดง 10 MHz น้อยกว่า 1/2 oz ทองแดง. ทั้งสองด้านของทองแดงจะใช้เฉพาะในกรณีที่กระแสกลับไหลในชั้นขนานทั้งสองด้านของชั้นที่มีปัญหาซึ่งโดยปกติจะไม่เป็นเช่นนั้น กล่าวอีกนัยหนึ่งกระแสชอบด้านหันหน้าไปทางเส้นทางของกระแสกลับที่สอดคล้องกัน (มักจะระนาบพื้น)

5- เมื่อเชื่อมต่อกับร่องรอยที่มีกระแสสูงหลายเลเยอร์แนวทางที่ดีกว่าคือการวางอาร์เรย์หรือกริดของจุดแวะใกล้กับแหล่งกำเนิดปัจจุบันหรือวางจุดกึ่งกลางตลอดรอยเส้นสูงในปัจจุบัน

เป็นเรื่องที่ดีที่สุด (และมักจะง่ายกว่าจากมุมมองของภาคปฏิบัติ) เพื่อกระจายจุดเย็บออก นอกจากนี้ยังมีสิ่งสำคัญที่ต้องทราบ: การเหนี่ยวนำร่วมกัน หากคุณวาง vias ที่มีกระแสไหลไปในทิศทางเดียวกันใกล้กันมากเกินไปจะมีการเหนี่ยวนำร่วมกันระหว่างพวกเขาเพิ่มการเหนี่ยวนำทั้งหมดของจุดแวะ (อาจทำให้ตารางกริดของ 4x4 ดูเหมือน 2x2 หรือ 1x2 ที่ตัวเก็บประจุแยก ความถี่) กฎของหัวแม่มือคือการรักษาจุดอ่อนเหล่านี้อย่างน้อยหนึ่งความหนาของบอร์ดจากกัน (ง่ายขึ้น) หรืออย่างน้อยสองครั้งระยะห่างระหว่างระนาบจุดแวะกำลังเชื่อมต่อ (คณิตศาสตร์มากขึ้น)

ในที่สุดก็ควรที่จะรักษาความสมดุลของเลเยอร์ซ้อนของบอร์ดเพื่อป้องกันการบิดงอของบอร์ด ร้านค้าแฟบบางแห่งอาจยินดีที่จะใช้ความพยายามเป็นพิเศษในการต่อสู้กับตัวอย่างจากการสแต็คแบบอสมมาตรโดยเพิ่มเวลานำและค่าใช้จ่ายเนื่องจากพวกเขาต้องลองสองสามครั้งเพื่อทำให้มันเหมาะกับสแต็คของคุณ

$\mu$$^2$

ปัจจุบันนี้เป็น DC หรือไม่ ด้วยกระแส AC คุณอาจถูก จำกัด โดยผลกระทบของผิว

$\mu$

ฉันคิดว่า gotcha ที่ไม่คาดคิด # 1 อาจเป็น: คนการตลาด fab PCB โฆษณาว่าพวกเขาสามารถติดตามความกว้าง / ความกว้างของช่องว่างที่แน่นมากและโฆษณาว่าพวกเขามีทองแดงหนา 35, 71 และ 105 um (ปกติเรียกว่า 1, 2 และ ทองแดง 3 ออนซ์) แต่พวกเขาไม่สามารถทำทั้งสองอย่างบนกระดานเดียวกัน หากคุณต้องการทองแดงที่หนากว่าคุณต้องมีพื้นที่ว่างห่างออกไปมากกว่าที่คุณคุ้นเคยกับ PCB ทั่วไป

1. คุณสามารถเรียก PCB fab และถามว่าพวกเขาสามารถจัดการทองแดงที่หนากว่าได้หรือไม่ แต่ให้แน่ใจและถามว่าจะมีค่าใช้จ่ายเท่าไหร่ แม้ว่าพวกเขาสามารถทำทองแดงหนาขึ้นคุณอาจไม่ต้องการจ่ายค่าใช้จ่ายส่วนเพิ่ม

2. ทองแดงที่อยู่ด้านนอก 2 ชั้นจะหนากว่าชั้นในเสมอ โดยทั่วไปแล้ว PCB fabs จะซื้อแผงทองแดงหุ้ม "ว่าง" ที่มีความหนา 17.5 um หรือ 35 um แกะสลักและเพิ่ม spacers ระหว่างพวกเขาและกาวเข้าด้วยกันนั่นคือความหนาของทุกชั้นภายใน จากนั้นพวกเขาเจาะรูและโยน PCB ลงในอ่างชุบซึ่งจะเพิ่มชั้นของทองแดงในแต่ละหลุมและบนชั้นนอก ผลลัพธ์คือชั้นในทั้งหมดมีความหนาเท่ากันและชั้นนอกทั้งสองมีความหนาเดียวกันหนากว่าชั้นใน

3. เมื่อกดกระแสสูงโดยทั่วไปคุณต้องการร่องรอยกว้างสั้นเพื่อลดความต้านทานและด้วยเหตุนี้ความร้อน I2R ที่เกิดขึ้นในร่องรอยเหล่านั้น หากคุณมีร่องรอยไม่เท่ากัน 2 ชั้นใน "ชั้นขนาน" ที่แตกต่างกันการลดความกว้างของส่วนใดส่วนหนึ่งของร่องรอยใด ๆ ก็จะเพิ่มความต้านทานและด้วยเหตุนี้ความร้อน I2R จึงเกิดขึ้นทำให้แย่ลง - ไม่สำคัญว่า โดยการลดความกว้างของการติดตามที่กว้างขึ้นหรือไม่สมดุลมากขึ้นโดยการลดความกว้างของการติดตามที่แคบลง

5- เมื่อเชื่อมต่อกับร่องรอยที่มีกระแสสูงหลายเลเยอร์แนวทางที่ดีกว่าคือการวางอาร์เรย์หรือกริดของจุดแวะใกล้กับแหล่งกำเนิดปัจจุบันหรือวางจุดกึ่งกลางตลอดรอยเส้นสูงในปัจจุบัน

ฉันสงสัยว่าการวางอาร์เรย์ใกล้กับแหล่งจ่ายกระแสจะทำให้ความต้านทานสุทธิลดลง

"มีปัญหาอะไรบ้างกับน้ำหนักทองแดงอสมมาตรหรือไม่เช่น 35 um บนชั้น 1-4 และ 70 um บนชั้น 5 และ 6"

PCB fabs ก่อนมีปัญหาเว้นแต่ชั้นจะ "สมดุล" ความเข้าใจของฉันคือ PCB ที่ทันสมัย ​​fabs ไม่มีปัญหาเหล่านั้นอีกต่อไปดังนั้นโดยหลักการแล้วผู้คนสามารถสร้าง PCB ที่ไม่สมดุลได้ แต่คนส่วนใหญ่ไม่สนใจ - เลเยอร์ thin-internal มาตรฐานเลเยอร์หนาภายนอกที่มีความหนาแตกต่างกัน 2 มักเพียงพอสำหรับบอร์ดส่วนใหญ่

แหล่งที่มาที่ดีที่สุดสำหรับคำถามเหล่านี้คือ PCB ผู้ขายที่คุณเลือก ผู้ค้า PCB ที่แตกต่างกันเก่งในบอร์ดประเภทต่าง ๆ : บางอันยอดเยี่ยมที่ความเร็วสูงความคลาดเคลื่อนแน่น บางโปรแกรมก็ใช้งานได้ดี ส่วนใหญ่จะทำอะไรก็ได้ที่คุณถาม แต่อาจมีราคาพรีเมี่ยม

คุณไม่ได้พูดถึงว่ากระแสไฟฟ้าสูงจะมีแรงดันไฟฟ้าสูงหรือไม่ ถ้าเป็นเช่นนั้นคุณจะมีข้อกำหนดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการคืบ / การกวาดล้างเพื่อตอบสนองความต้องการด้านความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์

1. ปรากฏว่าสำหรับโรงงานผลิตจำนวนมากนั้นมีความสูง 105 ไมครอน ถูกต้องหรือว่ามีความหนามากกว่า

มีบอร์ดบ้านจำนวนน้อยมากที่สามารถทำได้มากกว่า 3 ออนซ์ แต่ถ้าคุณออกแบบบอร์ดของคุณในแบบที่คุณอาจติดอยู่กับมันตลอดไปเพราะไม่มีตัวเลือกอื่นมากมาย ฉันจะติดกับ 3oz มากที่สุด

บ้านบอร์ดจำนวนมากสามารถทำทองแดง 3oz แต่โปรดจำไว้ว่าบ้านบอร์ดหลายแห่งไม่เก็บวัสดุทองแดง 3oz ในสต็อก ดังนั้นถ้าคุณใช้มันคุณอาจต้องรออีกหนึ่งหรือสองสัปดาห์เพื่อให้พวกเขาสั่งวัสดุ โดยทั่วไปแล้วสิ่งนี้ไม่ได้มีปัญหามากเกินไปในประสบการณ์ของฉันตราบใดที่คุณวางแผนไว้ในตารางโครงการของคุณ

2. ทองแดงในชั้นในมีความหนาเท่ากับทองแดงที่ด้านบนและด้านล่างของบอร์ดหรือไม่?

มันมักจะตรงกันข้าม

หากคุณกำลังจะใส่ส่วนประกอบ SMD ใด ๆ บนกระดานก็มีโอกาสที่ชั้นนอกของคุณจะยังคงเป็น 1oz และชั้นในบางส่วนจะเป็น 3oz

3. ถ้าฉันใช้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านเลเยอร์บอร์ดหลาย ๆ อันจำเป็นหรือไม่ (หรือเป็นไปได้?) เพื่อกระจายกระแสเท่า ๆ ที่เป็นไปได้ทั่วทั้งชั้น?

เป็นที่ต้องการและเป็นไปได้ในการกระจายกระแสเท่า ๆ กันระหว่างเลเยอร์ แต่ไม่มีข้อกำหนด

การคำนวณง่ายขึ้นมากเมื่อทุกเลเยอร์เหมือนกัน

วิธีที่ดีที่สุดในการทำเช่นนั้นก็คือตรวจสอบให้แน่ใจว่ารูปร่างที่มีประจุไฟฟ้าในทุกชั้นนั้นเหมือนกัน เลเยอร์ทั้งหมดควรถูกรวมเข้าด้วยกันที่ต้นทางและปลายทางไม่ว่าจะโดยกริดของจุดแวะจุดผ่านรูหรือทั้งสองอย่าง

แต่ถ้าคุณมีพื้นที่ในชั้นอื่น ๆ โดยทั้งหมดใช้ทองแดงพิเศษก็จะลดความร้อน

4. เกี่ยวกับกฎ IPC เกี่ยวกับความกว้างของการติดตาม: พวกเขามีชีวิตจริงหรือไม่? สำหรับ 30 แอมป์และอุณหภูมิสูงขึ้น 10 องศาถ้าฉันอ่านกราฟอย่างถูกต้องฉันต้องการความกว้างของร่องรอยประมาณ 11 มม. ที่ชั้นบนหรือล่าง

ฉันใช้คำแนะนำ IPC สำหรับความกว้างการติดตามโดยไม่มีปัญหา แต่ถ้าคุณมีกระแสไฟฟ้าสูงในหลาย ๆ ชั้นคาดว่าอุณหภูมิจะสูงขึ้นสำหรับทองแดงจำนวนหนึ่ง (ดังนั้นควรใช้ทองแดงมากขึ้นถ้าคุณมีที่ว่าง)

นอกจากนี้ยังมีค่าประมาณความต้านทานร่องรอย หากเครื่องมือ CAD ของคุณสามารถทำสิ่งนี้ได้อย่างยอดเยี่ยมถ้าคุณไม่สามารถประมาณจำนวนทองแดง "กำลังสอง" จากปลายด้านหนึ่งไปยังอีกด้านหนึ่งได้ โดยทั่วไปแล้วความต้านทานจะอยู่ที่ 0.5m Ohms ต่อ Square ที่ 1oz หรือ 166u Ohms ต่อ Square ที่ 3oz การใช้กระแสไฟฟ้าและความต้านทานจะคำนวณวัตต์ติดตาม ตรวจสอบว่ากำลังไฟ wattage rasonable ก่อนดำเนินการต่อ

อย่าลืมกำลังไฟที่เกิดจากหน้าสัมผัสตัวเชื่อมต่อ crimps ข้อต่อประสาน ฯลฯ สิ่งเหล่านั้นทั้งหมดเพิ่มขึ้นเมื่อจัดการกับกระแสสูง

5. เมื่อทำการเชื่อมต่อกับร่องรอยที่มีกระแสสูงหลาย ๆ ชั้นวิธีปฏิบัติที่ดีกว่าคือการวางอาเรย์หรือกริดของจุดแวะใกล้กับแหล่งกำเนิดปัจจุบัน

ขึ้นอยู่กับว่าแหล่งที่มาและปลายทางของคุณเป็นแบบยึดผิวหรือผ่านรู

ถ้าทะลุผ่านรูแล้วรูที่ชุบแล้วจะผูกชั้นทั้งหมดเข้าด้วยกันดังนั้นอาจไม่จำเป็นต้องมีจุดแวะเพิ่มเติม

คุณต้องการให้กระแสอยู่ในเลเยอร์ให้มากที่สุดเท่าที่จะมากเท่าที่จะเป็นไปได้ ดังนั้นสำหรับแผ่น SMD ควรมีจุดอ่อนใกล้แหล่งที่มาและปลายทาง ในทางกลับกันคุณควรใส่จุดจบที่เต็มไปด้วยความถูกต้องมิฉะนั้นคุณจะเรียกใช้กระแสทั้งหมดของคุณบนเลเยอร์ด้านนอกเพียงชั้นเดียวจนกระทั่งคุณถึงจุดจบแรก

การวางจุดแวะใด ๆ ให้ห่างจากต้นทางและปลายทางหมายความว่ากระแสบางกระแสไหลผ่านเลเยอร์น้อยลงสำหรับส่วนของเส้นทาง หากคุณวางจุดอ่อนอย่างสม่ำเสมอตลอดเส้นทางอาจเป็นไปได้ว่ากระแสส่วนใหญ่จะผ่านจุดเริ่มต้นไม่กี่แห่ง ดังนั้นคุณจะไม่ได้รับการใช้อย่างมีประสิทธิภาพจากจุดแวะเหล่านั้นและคุณจะต้องใช้จุดภาพรวมเพิ่มเติมด้วยวิธีนี้ เนื่องจากความเบี่ยงเบนจากพื้นที่การกำหนดเส้นทางอาจทำให้ขนาดโดยรวมของบอร์ดเพิ่มขึ้น